JP2007188806A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】非水電解液二次電池の極板群を電池ケースに挿入する際のケース内とセパレータの擦れによるセパレータのダメージを防止し、電池内部リークの発生を抑制する。
【解決手段】本発明の非水電解液二次電池は、正極リードを有する正極板と負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納される電池であって、正極板は正極集電体と正極合剤部を有し、正極リード部の厚みが正極合剤部の極板の厚み以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水電解液二次電池の正極リードもしくは負極リードに関するものである。

近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が進んでおり、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池へと要望が強まっている。そのため、高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池に対する期待が大きくなっている。

このような中で、コバルト酸リチウムを正極活物質に、リチウムを可逆的にインターカレート・デインターカレートできるグラファイトを負極に用いたリチウムイオン二次電池が主流となっている。

リチウムイオン二次電池は極板群を電池ケースに挿入する際に、セパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れる等、内部リークの原因となる問題点がある。このような内部リークの発生を防ぐ対策として、極板群の外周にテープを貼り、極板群の受けるダメージを低減する等の手段がとられていた（例えば、特許文献１参照）。
実開昭６３−１０１４６２号公報

従来から知られている正極リード部を備えた帯状の正極板と負極リード部を備えた帯状の負極板を帯状のセパレータを介して捲回して形成した極板群は、正極リード部の正極リードやその保護テープ、また、負極リードやその保護テープにより、極板群の外径に凸部ができ、この状態で電池ケースに挿入していたため、挿入する際に、セパレータが電池ケース内で擦られてダメージを受けて破れる等、リーク不良の原因となっていた。

そこで、本発明は上記従来の問題点を解決し、限られた電池ケース内に、極板群を円滑に挿入でき、セパレータへのダメージを解消し、リーク不良が発生しない非水電解液二次電池を得ることを目的とする。

この目的を達成するために本発明の非水電解液二次電池は、正極リードを有する正極板と負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納される電池であって、
前記正極板は正極集電体と正極合剤部を有し、前記正極リード部の厚みが正極合剤部の極板の厚み以下である。

また、別の発明の非水電解液二次電池は、前記負極板は負極集電体と負極合剤部を有し、前記負極リード部の厚みが負極合剤部の極板の厚み以下である。

リード部の厚みを合剤部の厚み以下にする手段として、合剤部の厚みを厚くしたり、リードの厚みを薄くしたり、テープの厚みを薄くする等の手段は問わない。また、リードの保護テープの有無は問わない。また、極板の長手方向のうち極板群の外周側に片塗工面があり、極板の長手方向のうち極板群の外周側にリード部がある場合には、リード部の厚みは片塗工部の極板の厚み以下、極板の長手方向のうち極板群の内周側に片塗工面があり、極板の長手方向のうち極板群の内周側にリード部がある場合には、リード部の厚みは片塗工部の極板の厚み以下である必要がある。

これらの構成によれば、本発明の非水電解液二次電池は、極板群の外径に凸部ができないため、極板群を電池ケース内に挿入する際のセパレータへのダメージを抑制でき、その結果、リーク不良が少ない非水電解液二次電池を得ることができる。

本発明の実施の形態における非水電解液二次電池は、正極リードを有する正極板と負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納する電池において、
前記正極板は正極集電体と正極合剤部を有し、
前記正極リード部の厚みが正極合剤部の極板の厚み以下である非水電解液二次電池。

これらの構成によれば、本発明の非水電解液二次電池は、前記正極リード部の厚みが正極合剤部の極板の厚み以下であることにより、正極リード部による厚み変化がなくなり、極板群の外径に凸部ができないため、極板群を電池ケース内に挿入する際のセパレータへのダメージを抑制でき、その結果、リーク不良が少ない非水電解液二次電池を得ることができる。

本発明の別の実施の形態における非水電解液二次電池は、正極板と負極リード部を有する負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納する電池において、
前記負極板は負極集電体と負極合剤部を有し、
前記負極リード部の厚みが負極合剤部の極板の厚み以下である非水電解液二次電池。

これらの構成によれば、本発明の非水電解液二次電池は、前記負極リード部の厚みが負極合剤部の極板の厚み以下であることにより、負極リード部による厚み変化がなくなり、極板群の外径に凸部ができないため、極板群を電池ケース内に挿入する際のセパレータへのダメージを抑制でき、その結果、リーク不良が少ない非水電解液二次電池を得ることができる。

以下に、本発明の実施例について、非水電解液二次電池の一例として円筒形リチウムイオン二次電池について図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施の形態を示す円筒形リチウムイオン二次電池の概略縦断面図である。

耐非水電解液性のステンレス鋼板を加工した円筒形外装缶５は、絶縁パッキング７を介して、安全弁を設けた封口板６でカシメにより封口されている。正極板９および負極板１０が、隔離膜として微多孔性ポリエチレン樹脂製セパレータ１１を介して、複数回渦巻き状に捲回されて極板群８が形成されている。そして、正極板９に溶接された正極リード９ａは封口板６にレーザー溶接により接続され、負極板１０に溶接された負極リード１０ａが円筒形外装缶５の底部に抵抗溶接により接続されている。絶縁リング１２は極板群８の上面と下面に接するように配置されている。

正極にコバルト酸リチウムを用い、負極にリチウムを吸蔵・放出できる黒鉛を用いた。

上述した円筒形リチウムイオン二次電池の正極板の作製方法について、以下に詳細に述べる。

（実施例１）
正極合剤部の厚みが０．２０ｍｍ、正極芯材部の厚みが０．０１５ｍｍ、正極リードの厚みが０．１０ｍｍ、正極テープの厚みが０．０３ｍｍ、負極板の厚みが０．２ｍｍ、負極芯材の厚みが０．０１０ｍｍ、負極リードの厚みが０．１０ｍｍ、負極テープの厚みが０．０３ｍｍのものを用いて作製した。

これら実施例１の正極リード部を示した概略図を図１（Ａ）に示す。そして、図１において、１は正極リード、２は正極テープ３は正極合剤、４は正極芯材を示す。この図１（Ａ）に示す正極リード部を用いた非水電解液二次電池をそれぞれ本実施例１の電池Ａとした。

（比較例１）
正極合剤部の厚みが０．２０ｍｍ、正極芯材部の厚みが０．０１５ｍｍ、正極リードの厚みが０．１０ｍｍ、正極テープの厚みが０．０５ｍｍ、負極板の厚みが０．２ｍｍ、負極芯材の厚みが０．０１０ｍｍ、負極リードの厚みが０．１０ｍｍ、負極テープの厚みが０．０３ｍｍのものを用いて作製した。このように作製した非水電解液二次電池を電池Ｂとした。

（比較例２）
正極合剤部の厚みが０．２０ｍｍ、正極芯材部の厚みが０．０１５ｍｍ、正極リードの厚みが０．１５ｍｍ、正極テープの厚みが０．０３ｍｍ、負極板の厚みが０．２ｍｍ、負極芯材の厚みが０．０１０ｍｍ、負極リードの厚みが０．１０ｍｍ、負極テープの厚みが０．０３ｍｍのものを用いて作製した。このように作製した非水電解液二次電池を電池Ｃとした。

（比較例３）
正極合剤部の厚みが０．２０ｍｍ、正極芯材部の厚みが０．０１５ｍｍ、正極リードの厚みが０．１５ｍｍ、正極テープの厚みが０．０５ｍｍ、負極板の厚みが０．２ｍｍ、負極芯材の厚みが０．０１０ｍｍ、負極リードの厚みが０．１０ｍｍ、負極テープの厚みが０．０３ｍｍのものを用いて作製した。このように作製した非水電解液二次電池を電池Ｄとした。

次に、電池Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤのリーク不良率を調べた。リーク不良の測定方法は正極リードと負極リードの間に２５０Ｖの電圧を印加し、１０ｋΩ以下の抵抗値を示すものを不良と判定した。試験数はいずれも１０００個とした。

その結果を表１に示す。

この表１より明らかなように、本実施例の電池Ａでは内部リークが全く起こらなかった
が、比較例の電池Ｂ，Ｃ，Ｄでは内部リークによるリーク不良率が０．３〜１．１％起こっている。リークしたこれらの比較例の電池を分解したところ、極板群の外径が凸形にに膨らんでいる部分のセパレータが破れていることが認められた。これは、比較例の電池Ｂ，Ｃ，Ｄの極板群が、正極リード部の影響により部分的に外径が凸形になり、極板群を電池ケースに挿入する際にケースに擦られて、セパレータに破れが生じたと推定される。全ての電池において、負極リード部の厚みは負極合剤部の極板の厚み以下であるため、影響は無かったものと推定される。

なお、実施例において、正極側のリード部の厚みを変化させて行っているが、負極側のリード部の厚みを変化させた場合にも同じ結果が得られる。

実施例において、円筒形リチウムイオン二次電池を用いたが、角形、ラミネートタイプなど電池形状が異なってもよい。

実施例において、隔離膜として微多孔性ポリエチレン樹脂製セパレータを用いたが、ポリプロピレンなどの有機微多孔膜あるいは、無機微多孔膜を用いてもよい。有機微多孔膜の厚さは１０〜４０μｍが好ましい。無機微多孔膜は、例えば、アルミナやシリカなどの無機フィラーと、無機フィラーを結着させるための有機系バインダーを結着剤として混合した膜である。無機微多孔膜は正極と負極との間に介在していればよい。正極と負極との間に無機微多孔膜を介在させる方法として、正極の表面に無機微多孔膜を形成させたり、負極の表面に無機微多孔膜を形成させてもよく、両極の表面に無機微多孔膜を形成させてもよい。無機微多孔膜の厚さは１〜２０μｍが好ましい。また、無機微多孔膜と有機微多孔膜との両方を用いてもよい。無機微多孔膜と有機微多孔膜の両方を用いた場合の無機微多孔膜の厚みは、１〜１０μｍが好ましい。

本発明の非水電解液二次電池は、高エネルギー密度の非水電解液二次電池を使用する電子機器等に有用である。例えば、携帯電話やノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源、電動ドライバー等のパワーツールの主電源、およびＥＶ自動車等の産業用主電源の用途に適している。

本発明の一実施例の形態を示す円筒形リチウムイオン二次電池の概略縦断面図 実施例１における正極板のリード部の概略図 （Ａ）比較例における正極板のリード部の概略図、（Ｂ）同リード部の他の比較例を示す概略図、（Ｃ）同リード部のさらに他の比較例を示す概略図

符号の説明

１ 正極リード
２ 正極テープ
３ 正極合剤
４ 正極芯材
５ 円筒形外装缶
６ 封口板
７ 絶縁パッキング
８ 極板群
９ 正極板
９ａ 正極リード
１０ 負極板
１０ａ 負極リード
１１ 微多孔性ポリエチレン樹脂製セパレータ
１２ 絶縁リング

Claims (2)

1. 正極リードを有する正極板と負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納する電池において、
   前記正極板は正極集電体と正極合剤部を有し、
   前記正極リード部の厚みが正極合剤部の極板の厚み以下である非水電解液二次電池。
2. 正極板と負極リード部を有する負極板とを隔離膜を介して積層した極板群をケースに収納する電池において、
   前記負極板は負極集電体と負極合剤部を有し、
   前記負極リード部の厚みが負極合剤部の極板の厚み以下である非水電解液二次電池。