JP2007172879A - Battery and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a battery and a manufacturing method thereof.
例えば非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高く小型軽量化が可能な二次電池として携帯電話やデジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ等の小型電源として広く採用されている。また、近年では、エネルギー密度が高いという特性を活かして、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の電源等に利用すべく、その大型化も積極的に検討されている。 For example, nonaqueous electrolyte secondary batteries are widely used as small power sources for mobile phones, digital cameras, notebook personal computers, and the like as secondary batteries that have a high energy density and can be reduced in size and weight. Further, in recent years, taking advantage of the property of high energy density, an increase in size has been actively studied for use as a power source for electric vehicles, hybrid electric vehicles and the like.
上記用途のうち、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車向け電源等に非水電解質二次電池を適用するためには、携帯機器の電源として用いられるものよりも大電流放電時の容量維持率(以下、高率放電特性という)の高いものが必要とされる。従来、このような用途に用いられる非水電解質二次電池として、特許文献1に記載のものなどが知られている。
特許文献1に記載の非水電解質二次電池は、その集電体上に活物質を含有する合剤層が形成されかつ、合剤層の形成されていない露出部にリード端子が接続されている正極板と負極板とを備えている。この正極板と負極板は、その集電体の両面に活物質を含有する合剤を均一に塗布後、乾燥・プレスを経て製造されるので、活物質量が均一な合剤層が形成されている。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1, a mixture layer containing an active material is formed on the current collector, and a lead terminal is connected to an exposed portion where the mixture layer is not formed. A positive electrode plate and a negative electrode plate. The positive electrode plate and the negative electrode plate are produced by uniformly applying a mixture containing an active material on both sides of the current collector, followed by drying and pressing, so that a mixture layer with a uniform amount of active material is formed. ing.
一般に、電池の、電極板の集電体における抵抗はリード端子が接続された部分(以下、リード端子接続部という)から離れるほど大きくなる。一方、集電体上に形成される合剤層における抵抗は、合剤層中の活物質と集電体との距離などの因子により影響を受けるが、合剤層が非常に薄い層でできていることから、活物質と集電体との距離よりも前述した集電体における抵抗の影響を受けやすい。したがって、集電体における抵抗の影響をうけて、リード端子接続部に近い合剤層では電位が低くリード端子接続部から離れるほど電位が高くなる電位差が発生し、大電流が放電されると更にこの電位差は大きくなる。そして、合剤層のうち電位の低いところでは、電位の高いところに比べて電池反応が優先的におこり活物質の利用率が高くなる。 Generally, the resistance of the current collector of the electrode plate of the battery increases as the distance from the portion where the lead terminal is connected (hereinafter referred to as the lead terminal connecting portion) increases. On the other hand, the resistance of the mixture layer formed on the current collector is affected by factors such as the distance between the active material in the mixture layer and the current collector, but the mixture layer can be made of a very thin layer. Therefore, it is more susceptible to the above-described resistance in the current collector than the distance between the active material and the current collector. Therefore, under the influence of the resistance in the current collector, a potential difference is generated in which the potential is low in the mixture layer near the lead terminal connection portion and the potential increases as the distance from the lead terminal connection portion increases. This potential difference increases. And in a mixture layer, in a place where electric potential is low, battery reaction preferentially occurs compared with a place where electric potential is high, and the utilization factor of an active material becomes high.
ところで、特許文献1に記載の非水電解質二次電池に大電流を放電すると、このものにおいてはリード端子接続部からの距離の如何にかかわらず活物質量が均一であるから、活物質の利用率が高い部分では電池反応に要する活物質が不足し、十分な放電容量が得られなかった。 By the way, when a large current is discharged to the non-aqueous electrolyte secondary battery described in Patent Document 1, the amount of the active material is uniform regardless of the distance from the lead terminal connection portion. In the portion where the rate is high, the active material required for the battery reaction is insufficient, and a sufficient discharge capacity cannot be obtained.
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、大電流による放電を行った際にも十分高い容量が得られる(高率放電特性を向上した)電池を提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and provides a battery that has a sufficiently high capacity (improved high-rate discharge characteristics) even when discharged by a large current. Objective.
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意研究を行った結果、正極板および負極板の少なくとも一方の集電体上に、活物質の利用率に合った合剤層を形成することで大電流放電時にも高い容量が得られるという知見を得た。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have formed a mixture layer that matches the utilization ratio of the active material on at least one of the current collectors of the positive electrode plate and the negative electrode plate. It was found that high capacity can be obtained even during large current discharge.
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、一対の長辺及び短辺によって囲まれた帯状をなす集電体上に活物質を含有する合剤層を形成してなる正極板と負極板とを、セパレータを挟んで重ねて巻回して構成した発電要素を電池ケースに収容した電池において、前記集電体にはその一方の長辺側の側縁部に前記合剤層が形成されていない露出部が設けられ、その露出部にリード端子が接続されると共に、前記正極板および前記負極板の前記合剤層のうち少なくとも一方の合剤層においては、前記集電体の巻回軸に平行な断面においてその幅方向の前記リード端子側の活物質量が、その反対側における活物質量よりも多いことを特徴とする電池である。 As means for achieving the above object, the invention of claim 1 is formed by forming a mixture layer containing an active material on a current collector having a band shape surrounded by a pair of long sides and short sides. In a battery in which a power generation element configured by stacking and winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween is housed in a battery case, the current collector has the mixture on the side edge on one long side thereof An exposed portion in which no layer is formed is provided, a lead terminal is connected to the exposed portion, and at least one of the mixture layers of the positive electrode plate and the negative electrode plate includes the current collector In the cross section parallel to the winding axis of the body, the amount of active material on the lead terminal side in the width direction is larger than the amount of active material on the opposite side.
請求項2の発明は、請求項1に記載のものにおいて前記正極板および前記負極板の双方の合剤層において、前記集電体の前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の前記リード端子側の活物質量が、その反対側における活物質量よりも多いところに特徴を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the mixture layer of both the positive electrode plate and the negative electrode plate according to the first aspect, the lead in the width direction in a cross section parallel to the winding axis of the current collector It is characterized in that the amount of active material on the terminal side is larger than the amount of active material on the opposite side.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載のものにおいて、前記リード端子側における合剤層の活物質量は、その反対側における活物質量に対して3%〜20%多いところに特徴を有する。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the amount of active material in the mixture layer on the lead terminal side is 3% to 20% more than the amount of active material on the opposite side. However, it has characteristics.
請求項4の発明は一対の長辺及び短辺によって囲まれた帯状をなす集電体上に活物質を含有する合剤層が形成されると共に、前記合剤層の形成されていない露出部にリード端子が接続されている正極板と負極板とを、セパレータを挟んで重ねて巻回して構成した発電要素を電池ケースに収容した非水電解質二次電池の製造方法において、前記集電体の一方の長辺側の側縁部を前記露出部とし、前記正極板および前記負極板のうち少なくとも一方の合剤層は、前記巻回軸に平行な断面においてその幅方向の前記リード端子側の活物質量がその反対側における活物質量よりも多くなるように前記集電体に合剤を塗布した後、前記合剤層の前記リード端子側の活物質の密度が前記反対側における活物質の密度よりも高くなるように形成されると共に前記合剤層が前記集電体上で均一な厚みを有するようにプレスするプレス工程を経て製造されることを特徴とする電池の製造方法である。 In the invention of claim 4, a mixture layer containing an active material is formed on a current collector having a band shape surrounded by a pair of long sides and short sides, and an exposed portion in which the mixture layer is not formed In the method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a power generation element configured by stacking and winding a positive electrode plate and a negative electrode plate, each having a lead terminal connected thereto, with a separator interposed therebetween, is housed in a battery case. The side edge of one of the long sides is the exposed portion, and at least one mixture layer of the positive electrode plate and the negative electrode plate is on the lead terminal side in the width direction in a cross section parallel to the winding axis. After the mixture is applied to the current collector so that the amount of the active material is larger than the amount of the active material on the opposite side, the density of the active material on the lead terminal side of the mixture layer is the active material on the opposite side. Formed to be higher than the density of the material A method for producing a battery, characterized in that Kigo agent layer is manufactured through a press process of pressing to have a uniform thickness on the current collector.
<請求項1の発明>
請求項1に記載の発明によれば、正極板および負極板の合剤層のうち少なくとも一方においては、集電体の短辺に平行な断面においてその幅方向のリード端子側の活物質量が、その反対側における活物質量よりも多いから、活物質の利用率に合った合剤層が形成されている。したがって、大電流放電時にも、活物質が不足することがない。その結果、十分な放電容量を得ることができる。
<Invention of Claim 1>
According to the first aspect of the present invention, in at least one of the mixture layers of the positive electrode plate and the negative electrode plate, the amount of active material on the lead terminal side in the width direction in the cross section parallel to the short side of the current collector is Since the amount of the active material is larger than that on the opposite side, a mixture layer that matches the utilization rate of the active material is formed. Therefore, there is no shortage of active material even during large current discharge. As a result, a sufficient discharge capacity can be obtained.
<請求項2の発明>
請求項2に記載の発明によれば、正極板および負極板の双方において活物質の利用率に合った合剤層が形成されているから、より好適な放電容量を得ることができる。
<Invention of
According to the second aspect of the present invention, since the mixture layer matching the utilization ratio of the active material is formed on both the positive electrode plate and the negative electrode plate, a more preferable discharge capacity can be obtained.
<請求項3の発明>
請求項3に記載の発明によれば、リード端子側における合剤層の活物質量は、その反対側における活物質量に対して3%〜20%多いから、より活物質の利用率に合った合剤層が形成される。
<Invention of Claim 3>
According to the third aspect of the invention, the amount of the active material in the mixture layer on the lead terminal side is 3% to 20% more than the amount of the active material on the opposite side. A mixture layer is formed.
<請求項4の発明>
請求項4に記載の発明によれば、正極板および負極板のうち少なくとも一方の合剤層は、巻回軸に平行な断面においてその幅方向のリード端子側の活物質量がその反対側における活物質量よりも多くなるように集電体に合剤を塗布した後、合剤層のリード端子側の活物質の密度が反対側における活物質の密度よりも高くなるように形成されると共に合剤層が前記集電体上で均一な厚みを有するようにプレスするプレス工程を経て製造されるから、本発明の電池を容易に作製することができる。
<Invention of Claim 4>
According to the invention described in claim 4, at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate has a cross section parallel to the winding axis, and the active material amount on the side of the lead terminal in the width direction is on the opposite side. After the mixture is applied to the current collector so as to exceed the amount of the active material, the density of the active material on the lead terminal side of the mixture layer is formed to be higher than the density of the active material on the opposite side Since the mixture layer is manufactured through a pressing process in which the mixture layer is pressed so as to have a uniform thickness on the current collector, the battery of the present invention can be easily manufactured.
<実施形態1> <Embodiment 1>
以下本発明の実施形態について説明するが本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
図1には、完成形態の非水電解質二次電池10(以下、電池10と記載する)を破断して示す。この電池10には、円筒状に形成された電池ケース11と、その内部に収容される発電要素15とが備えられている。
FIG. 1 shows a nonaqueous electrolyte secondary battery 10 (hereinafter referred to as a battery 10) in a completed form in a broken state. The
電池ケース11は、有底の円筒容器状に形成された金属製の電池ケース11と、略円盤状に形成されてこの電池ケース11の開放口を封止する金属製のキャップ12とで構成されている。電池ケース11内には、渦巻状に構成された発電要素15が、その上下に円盤状の絶縁板13を配した状態で収容されている。そして、この電池ケース11の開放口には、キャップ12が封口ガスケット14を介してかしめつけられている。また、電池ケース11の内部には、非水電解液が注入されている。
The
非水電解液は非水溶媒に電解質塩を溶解してなり、非水溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテート、ビニレンカーボネートなどの極性溶媒を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。 The non-aqueous electrolyte solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent. Use polar solvents such as formamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, methyl acetate, vinylene carbonate alone or in admixture of two or more. be able to.
非水溶媒に溶解する電解質塩は、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3CO2、LiCF3(CF3)3、LiCF3(C2F5)3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiN(COCF3)2、LiN(COCF2CF3)2、LiPF3(CF2CF3)3等の塩を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。 The electrolyte salts that dissolve in the non-aqueous solvent are LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiCF 3 (CF 3 ) 3 , LiCF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 , LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , LiPF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 and the like alone Or a mixture of two or more.
電池ケース11内に収容された発電要素15は、正極板20と負極板30とをセパレータ16を挟んで巻回されて構成されている。
The
セパレータ16としては、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることができ、特に合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。なかでも、ポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗等の面で好適に用いることができる。
As the
正極板20は、アルミニウムなどの金属により形成された厚さ10〜20μmの正極集電体21の両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含有する正極合剤層22(後述する)を備えている。また、正極集電体21は、図2に示すように、帯状をなし、具体的には、10〜20cmの一対の短辺25および1〜5mの長辺26A,26Bによって囲まれた形状をなしている。長辺26Aを含む所定の帯状領域(本発明における長辺側の側縁部)は、正極合剤層22の形成されていない露出部24とされる。この露出部24には長辺26Aに交差するように正極リード端子23が約10cm間隔で多数接続されている。この正極リード端子23は巻回後ひとまとめにされ、その先端部は、正極板20から上方へ突出され、正極端子の役割を果たすキャップ12に接続されている。正極リード端子23の材質としては、アルミニウム、ニッケルまたはチタンを等の金属を用いることができる。
The
正極合剤層22は、図4に示すように、露出部24に隣り合うリード端子23側の始端部21Aから長辺26Bを終端部21A(リード端子23の反対側)としてほぼ均一な厚みを有し、その片側の厚みが100μm前後になるように正極集電体21に対して略対称に形成されている。正極合剤層22は、その始端部21Aから終端部21Bに近づくに従って合剤層の密度が低くなるように形成されており、その結果、始端部21Aから終端部21Bに近づくに従って活物質量が少なくなっている。活物質の利用率を考慮すると、正極合剤層22のうち最も密度が高いリード端子23側の始端部21Aにおける活物質量は、密度が最も低いリード端子23と反対側の終端部21Bの活物質量に対して3%〜20%多いのが好ましい(請求項3に記載の発明)。活物質量の差が3%未満であると活物質の利用率に合った合剤層が形成されず、20%を超えると始端部21Aと終端部21Bでの活物質量の差が大きくなりすぎて、終端部21Bでは活物質が不足した状態となる。
As shown in FIG. 4, the positive
正極合剤層22に含有される正極活物質としては、組成式LixMO2、LiyM2O4、NaxMO2(ただし、Mは一種類以上の遷移金属、0≦x≦1、0≦y≦2)で表される複合酸化物、トンネル構造または層状構造の金属カルコゲン化物または、金属酸化物などのリチウムを吸蔵放出する遷移金属酸化物を用いることができる。その具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1/2Mn1/2O2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiCoxNi1−xO2、LiMn2O4、Li2Mn2O4、MnO2、FeO2、V2O5、V6O13、TiO2またはTiS2等が挙げられる。
The positive electrode active material contained in the positive
上記した正極活物質には、導電剤、結着剤等を添加することができる。導電剤としては、無機化合物、有機化合物を用いることができる。無機化合物としては、カーボンブラック、グラファイトなどを用いることができ、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導電性ポリマーなどを用いることができる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリルなどを単独で、あるいは混合して用いることができる。 A conductive agent, a binder, or the like can be added to the positive electrode active material. As the conductive agent, an inorganic compound or an organic compound can be used. As the inorganic compound, carbon black, graphite and the like can be used, and as the organic compound, for example, a conductive polymer such as polyaniline can be used. As the binder, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile and the like can be used alone or in combination.
負極板30は、銅などの金属により形成された厚さ10ないし20μmの銅箔からなる負極集電体31の両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含有する負極合剤層32(後述する)を備えている。負極集電体31は、図2に示すように、帯状をなし、具体的には、10〜20cmの一対の短辺35および1〜5mの長辺36A,36Bによって囲まれた形状をなしている。長辺36Aを含む所定の帯状領域(本発明における長辺側の側縁部)は、負極合剤層32の形成されていない露出部34とされる。この露出部34には長辺36Aに交差するように負極リード端子33が約10cm間隔で多数接続されている。この負極リード端子33は巻回後ひとまとめにされ、その先端部は、負極板30から下方へ突出され、負極端子としての役割を果たす電池ケース11の底部に接続されている。負極リード端子33の材質としては、銅やニッケルなどの金属を用いることができ、銅箔にニッケルをメッキしたものが好ましい。
The
負極合剤層32は、図4に示すように、露出部34に隣り合う始端部31Aから終端部31Bにかけてほぼ均一な厚みを有し、その片側の厚みが100μm前後になるように負極集電体31に対して略対称に形成されている。負極合剤層32は、その始端部31Aから終端部31Bに近づくに従って密度が低くなるように形成されており、その結果、始端部31Aから終端部31B側に近づくに従って活物質量が少なくなっている。活物質の利用率を考慮すると、負極合剤層32のうち最も密度が高いリード端子33側の始端部31Aにおける活物質量は、密度が最も低い終端部31Bの活物質量に対して、3%〜20%多いのが好ましい(請求項3に記載の発明)。活物質量の差が3%未満であると活物質の利用率に合った合剤層が形成されず、20%を超えると始端部31Aと終端部31Bでの活物質量の差が大きくなりすぎて、終端部31Bでは活物質が不足した状態となる。
As shown in FIG. 4, the negative
負極合剤層32に含有される負極活物質としては、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合金、LiFe2O3、WO2、MoO2、SiO、CuO等の金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Li5(Li3N)等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム、またはこれらの混合物を用いることができる。
Examples of the negative electrode active material contained in the negative
なお、本実施形態においては、より高率放電特性を向上させるという観点から、正極合剤層22と負極合剤層32の双方について、始端部21A,31Aの活物質量が終端部21B,31Bよりも多くなるように形成されている(請求項2および請求項5の発明)が、一方の合剤層のみが、このように形成されているものも本発明に含まれる。
In the present embodiment, from the viewpoint of improving the high rate discharge characteristics, the active material amounts of the
また、本実施形態においては、正極合剤層22と負極合剤層32とはその厚みが始端部21A,31Aから終端部21B,31Bにかけてほぼ均一に形成され、かつ合剤の密度が始端部21A,31Aから終端部21B,31Bに近づくにしたがって密度が低くなるように形成されているが、始端部21A,31Aの活物質量が終端部21B,31Bよりも多くなるように形成されていればよく、例えば、図3に示すように、始端部21A,31Aと終端部21B,31Bにおける厚みに差があるものなども本発明に含まれる。
In the present embodiment, the positive
次に本実施形態の電池10の製造方法について説明する。
まず、それぞれの集電体21,31の両面に対応する合剤組成物を塗布して、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで合剤層22,32が形成された正極板20および負極板30が製造される。本発明においては、結果として、正極板20の合剤層22および負極板30の合剤層32のうち少なくとも一方で、集電体21,31のリード端子側23,33側の始端部21A,31Aの活物質量がリード端子23,33と反対側の終端部21B,31Bよりも多くなるように形成されていればよい。
Next, a method for manufacturing the
First, the
具体的には、図3に示すように、集電体21,31上に合剤を塗布する際に、始端部21A,31A側から終端部21B,31B側に近づくに従い塗布する合剤の量を減らすことで、リード端子23,33側の始端部21A,31Aの活物資量が終端部21B,31Bよりも多くなるように塗布し(以下、塗布工程という)、図4に示すように、それぞれの合剤層22,32の厚みが始端部21A,31Aから終端部21B,31Bにかけてほぼ均一になるようにプレスすることで、始端部21A,31Aの密度が終端部21B,31Bより高くなる工程(以下、プレス工程という)を経て、正極板20および負極板30が製造される(請求項4に記載の発明)。本実施形態においては、合剤層22,32の始端部21A,31Aの密度が終端部21B,31Bよりも高い正極板20および負極板30を簡易に製造することができるという観点から好適に上記の方法で製造される。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the mixture is applied onto the
なお、本発明において正極板20および負極板30は、上記塗布工程を経た後、合剤層22,32の厚みを均一化せず、厚みに差がある状態となるようにプレスして製造してもよいし、塗布量の調整をせずに集電体21,31に合剤を塗布した後、始端部21A,31Aの活物質量が終端部21B,31Bよりも多くなるようにプレスして製造してもよい。
In the present invention, the
合剤を塗布する際には、リバースロール方式、ダイレクトロール方式、ブレード方式、ナイフ方式、ダイノズル方式、ディップ方式など、一般的な塗布方式を用いることができるが、塗布量を機械的に制御しやすいことから、ダイノズル方式により行うことが好ましい。 When applying the mixture, common application methods such as reverse roll method, direct roll method, blade method, knife method, die nozzle method, and dip method can be used, but the application amount is controlled mechanically. Since it is easy, it is preferable to carry out by a die nozzle method.
合剤層をプレスする際には、ロールの左右の力を変えてロールプレスしてもよいし、ロール間の距離を変えてロールプレスしてもよい。 When pressing the mixture layer, the right and left forces of the rolls may be changed and roll pressing may be performed, or the distance between the rolls may be changed and roll pressing may be performed.
上記方法によって得られた正極板20の長辺21A側と負極板30の長辺31B側とを、セパレータ16を挟んで対応させ、一方の短辺25、35を中心として巻回する巻回工程を経て巻回体とされ、発電要素15が製造される。正極板20および負極板30に接続されるリード端子23,33は巻回工程中に超音波溶接等の手段を用いて正極板20および負極板30の露出部24,34の端に取り付けられる。
A winding step in which the
次に、巻回工程を終えて製造された発電要素15は電池ケース11に収容され、非水電解液を含浸させた後に容器を封止することで本実施形態の電池10が製造される。
Next, the
本実施形態によれば、正極合剤層22および負極合剤層32の双方について、合剤層22,32の始端部21A,31Aの活物質量がその終端部21B,31Bよりも多いから、活物質の利用率の高い部分では活物質量が多く、活物質の利用率の低い部分では活物質量が少なくなっている。したがって、大電流による放電を行った際にも、活物質の利用率の高い部分でも電池反応に要する活物質が不足することがないので十分に高い放電容量が得られる。
According to the present embodiment, for both the positive
<実施例1〜5および比較例1>
以下、本発明の実施例および比較例を示すが本発明はこれに限定されるものではない。
1.電池の作製
実施例1〜5および比較例1では図1に示す実施形態1にかかる電池10を作製した。
(1)正極板の作製
LiCoO291重量部と、導電剤のアセチレンブラック3重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン6重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを適宜加えてペースト状にして正極活物質を含有する組成物(以下正極合剤組成物という)を調製した。
<Examples 1 to 5 and Comparative Example 1>
Examples of the present invention and comparative examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
1. Battery fabrication
In Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, a
(1) Preparation of positive electrode plate 91 parts by weight of LiCoO 2 , 3 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was appropriately added. A composition containing a positive electrode active material (hereinafter referred to as a positive electrode mixture composition) was prepared in the form of a paste.
この正極合剤組成物を、厚さが20μmのアルミニウム製の正極集電体21の両面に吐出量を調節しながら、ダイノズル方式で塗布した。このとき、実施例1〜4については、図2に示すように正極合剤層22の始端部21Aから終端部21Bに近づくに従い塗布量が徐々に少なくなるように正極合剤組成物を塗布し、実施例5および比較例1については始端部21Aから終端部21Bまで均一に正極合剤組成物を塗布した。
This positive electrode mixture composition was applied to both surfaces of an aluminum positive electrode
塗布工程を経た正極板20を乾燥させた後、ロールプレスで厚みが均一になるように圧縮成形し、図3に示すように、所定の厚さの正極合剤層22と露出部24とを備え、正極合剤層22のうち、始端部21Aの単位容積当たりの合剤塗布重量を終端部21Bの単位容積当たりの合剤塗布重量で除した値が表1に示した値(以下、正極合剤重量比という)である正極板20を得た。ここで、正極合剤重量比が例えば1.1の場合には、始端部21Aの活物質量が終端部21Bの活物質量に対して10%多いことを示す。
After the
(2)負極板の作製
黒鉛92重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン8重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを適宜加えてペースト状の負極活物質を含有する組成物(以下負極合剤組成物という)を調製した。
(2) Preparation of negative electrode plate Composition containing 92 parts by weight of graphite and 8 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and appropriately adding N-methyl-2-pyrrolidone to contain a paste-like negative electrode active material (Hereinafter referred to as a negative electrode mixture composition) was prepared.
この負極合剤組成物を厚さが14μmの銅製の負極集電体31の両面に吐出量を調節しながら、ダイノズル方式で塗布した。このとき、実施例1,2,5については、図2に示すように負極合剤層32の始端部31Aから終端部31Bに近づくに従い塗布量が徐々に少なくなるように負極合剤組成物を塗布し、実施例3、4および比較例1については、始端部31Aから終端部31Bまで均一に負極合剤組成物を塗布した。
This negative electrode mixture composition was applied to both surfaces of a copper negative electrode
塗布工程を経た負極板30を乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成形し、所定の厚さの負極合剤層32と露出部34とを備え、負極合剤層32のうち、始端部31Aの単位容積当たりの合剤塗布重量を終端部31Bの単位容積当たりの合剤塗布重量で除した値が表1に示した値(以下、負極合剤重量比という)である負極板30を得た。ここで、負極合剤重量比が例えば1.1の場合には、始端部31Aの活物質量が終端部31Bの活物質量に対して10%多いことを示す。
After drying the
(3)電池の作製
(1)で得られた正極板20と、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレンフィルム製のセパレータ16と、(2)で得られた負極板30とを順に重ね合わせ、これをポリエチレン製の長方形状の巻芯の周囲に長円渦状に巻回して発電要素15とした。このとき、発電要素15の巻回中心軸は前記巻芯の長辺と平行になるようにした。巻回工程中にアルミニウム製のリード端子23を正極板20の露出部24に、銅製のリード端子33を負極板30の露出部34に超音波溶着した。このようにして得られた発電要素15を電池ケース11に収納し、電解液を注液した。このとき、発電要素15の巻回中心軸が電池ケース11の開口面に対して垂直となるようにした。公称容量は5Ahとした。
(3) Fabrication of battery The
2.電池性能試験
上記方法により得られた実施例1〜5および比較例1の電池について下記の性能試験を行い、その結果を表1に示した。
(1)40A放電時の容量保持率(高率放電特性)
実施例1〜5および比較例1の電池10について、25℃において、5Aの定電流で4.2Vまで充電し、続いて4.2Vの定電圧で合計3時間充電した後、5Aの電流で2.7Vまで放電し、5A放電時の放電容量を測定した。次に、放電電圧を40Aとしたこと以外は同様にして40A放電時の放電容量を測定した。そして、5A放電時の容量に対する40A放電時の容量の割合(百分率表示)を、40A放電時の容量保持率とし、この値が大きいほど高率放電特性が高いことを示す。
上記試験結果と正極合剤密度比と負極合剤密度比とを対応させて表1に示す。
2. Battery performance test The batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 obtained by the above method were subjected to the following performance tests, and the results are shown in Table 1.
(1) Capacity retention during 40 A discharge (high rate discharge characteristics)
The
The test results, the positive electrode mixture density ratio, and the negative electrode mixture density ratio are shown in Table 1 in correspondence.
3.試験結果と考察
本発明の電池(実施例1〜5)については、比較例1の電池と比較して高率放電特性が高かった。この結果について考察すると、実施例1〜5の電池においては、正極合剤層22および負極板合剤層32のうち少なくとも一方は、そのリード端子23,33側の活物質量が反対側の活物質量よりも多くなるように形成されている。すなわち、合剤層22,32のうち活物質の利用率の高い部分で活物質量が多く、活物質の利用率の低い部分では活物質量が少なくなっているから、大電流放電時に、電池反応に要する活物質が不足することがなく十分に高い放電容量が得られたと考えられる。
3. Test Results and Discussion The batteries of the present invention (Examples 1 to 5) had higher high rate discharge characteristics than the battery of Comparative Example 1. Considering this result, in the batteries of Examples 1 to 5, at least one of the positive
特に正極合剤層22と負極合剤層32の双方について始端部21A,31Aの密度を高くしたもの(実施例1、2)については高率放電特性が高くなった。これは、双方の電極板20,30について活物質利用率にあわせた合剤層22,32を設けたことにより、さらに高い放電容量を得ることができたからであると考えられる。
In particular, the high-rate discharge characteristics were high for the positive
また、正極合剤層22のみについて始端部21Aの密度を高くしたもの(実施例3,4)と負極合剤層32のみについて始端部31Aの密度を高くしたもの(実施例5)とを比較すると、前者の方が高率放電特性が高くなった。これは、正極合剤層22と負極合剤層32とを比較すると、正極合剤層22の方が使用される活物質などの性質を考慮すると電気的抵抗が大きいので、活物質の利用率にあわせた合剤層を形成した効果がより顕著に現れたと考えられる。
Further, the density of the starting
4.まとめ
以上より、本発明によれば、高い高率放電特性を有する非水電解質二次電池を提供することができる。
4). Summary As described above, according to the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery having high high rate discharge characteristics can be provided.
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and further, within the scope not departing from the gist of the invention other than the following. Various modifications can be made.
(1)本発明においては、非水電解液のみならず固体電解質を用いてもよく、両者を併用することもできる。固体電解質としては、公知の固体電解質を用いることができ、例えば無機固体電解質、ポリマー固体電解質を用いることができる。また、ゲル状の高分子固体電解質を用いる場合には、ゲルを構成する電解液と、電極板の活物質の細孔中などに含有されている電解液とが異なっていてもよい。また、合成樹脂微多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わせて使用することもできる。 (1) In the present invention, not only a nonaqueous electrolytic solution but also a solid electrolyte may be used, or both may be used in combination. As the solid electrolyte, a known solid electrolyte can be used. For example, an inorganic solid electrolyte or a polymer solid electrolyte can be used. When a gel polymer solid electrolyte is used, the electrolyte constituting the gel may be different from the electrolyte contained in the pores of the active material of the electrode plate. A synthetic resin microporous membrane and a polymer solid electrolyte can also be used in combination.
(2)実施形態1においては円柱形の電池ケースを使用したが、電池ケースは長円形や袋形のものであってもよいし素材も金属ラミネート樹脂フィルムなどであってもよい。 (2) Although a cylindrical battery case is used in the first embodiment, the battery case may be oval or bag-shaped, and the material may be a metal laminate resin film.
10…電池
20…正極板
21…正極集電体
21A…始端部
21B…終端部
22…正極合剤層
23…正極リード端子
24…露出部
30…負極板
31…負極集電体
31A…始端部
31B…終端部
32…負極合剤層
33…負極リード端子
34…露出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記集電体にはその一方の長辺側の側縁部に前記合剤層が形成されていない露出部が設けられ、その露出部にリード端子が接続されると共に、
前記正極板および前記負極板の前記合剤層のうち少なくとも一方の合剤層においては、前記集電体の巻回軸に平行な断面においてその幅方向の前記リード端子側の活物質量が、その反対側における活物質量よりも多いことを特徴とする電池。 A structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate formed by forming a mixture layer containing an active material on a current collector having a band shape surrounded by a pair of long sides and short sides are overlapped and wound with a separator interposed therebetween. In the battery that houses the generated power generation element in the battery case,
The current collector is provided with an exposed portion where the mixture layer is not formed on the side edge portion on one long side thereof, and a lead terminal is connected to the exposed portion,
In at least one of the mixture layers of the positive electrode plate and the negative electrode plate, the amount of active material on the lead terminal side in the width direction in a cross section parallel to the winding axis of the current collector, A battery characterized by having a larger amount of active material on the opposite side.
前記集電体の一方の長辺側の側縁部を前記露出部とし、
前記正極板および前記負極板のうち少なくとも一方の合剤層は、巻回軸に平行な断面においてその幅方向の前記リード端子側の活物質量がその反対側における活物質量よりも多くなるように前記集電体に合剤を塗布した後、
前記合剤層の前記リード端子側の活物質の密度が前記反対側における活物質の密度よりも高くなるように形成されると共に前記合剤層が前記集電体上で均一な厚みを有するようにプレスするプレス工程を経て製造されることを特徴とする電池の製造方法。 A mixture layer containing an active material is formed on a current collector having a strip shape surrounded by a pair of long sides and short sides, and lead terminals are connected to exposed portions where the mixture layer is not formed. In the method of manufacturing a battery in which a power generation element configured by stacking and winding a positive electrode plate and a negative electrode plate sandwiched between separators in a battery case,
A side edge portion on one long side of the current collector is the exposed portion,
In at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, the amount of the active material on the lead terminal side in the width direction is larger than the amount of the active material on the opposite side in the cross section parallel to the winding axis. After applying the mixture to the current collector,
It is formed so that the density of the active material on the lead terminal side of the mixture layer is higher than the density of the active material on the opposite side, and the mixture layer has a uniform thickness on the current collector A battery manufacturing method, wherein the battery is manufactured through a pressing step.
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