JP2007242519A - Square battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属箔からなる正極芯体に正極活物質を含む正極合剤層が形成された正極板と、金属箔からなる負極芯体に負極活物質を含む負極合剤層が形成された負極板とがセパレータを介して相対向するように扁平な渦巻状に巻回された扁平渦巻状電極群を備え、該扁平渦巻状電極群の最外周に巻止めテープが貼着された角形電池に関する。 In the present invention, a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core made of a metal foil, and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material on a negative electrode core made of a metal foil. A square battery comprising a flat spiral electrode group wound in a flat spiral shape so as to face the negative electrode plate with a separator interposed therebetween, and a winding stopper tape attached to the outermost periphery of the flat spiral electrode group About.
近年、小型ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン等の携帯用電子・通信機器等の電源として、小型軽量でかつ高容量な非水電解質二次電池が用いられるようになった。この種の非水電解質二次電池が使用される機器においては、電池を収容するスペースが角形(扁平な箱形)であることが多いことから、発電要素を角形外装缶内に収容して形成した角形電池が使用されることが多い。このような角形電池は以下のようにして作製されるのが一般的である。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries that are small and light and have a high capacity have come to be used as power sources for portable electronic and communication devices such as small video cameras, mobile phones, and notebook computers. In devices where this type of non-aqueous electrolyte secondary battery is used, the space to store the battery is often a square (flat box), so the power generation element is housed in a rectangular outer can. Often used square batteries. Such a prismatic battery is generally manufactured as follows.
即ち、正極芯体(通常は、アルミニウム箔)に正極活物質を含有する正極合剤を塗布して正極板を作製するとともに、負極芯体(通常は、銅箔)に負極活物質を含有する負極合剤を塗布して負極板を作製する。この後、これらの正極板と負極板をセパレータを介して相対向させた後、これらを渦巻状に巻回して渦巻状電極群とする。そして、このような渦巻状電極群を加圧成形して、扁平状電極群とした後、これを扁平な角形外装缶に収容し、非水電解液を注液して非水電解質二次電池としている。 That is, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material is applied to a positive electrode core (usually aluminum foil) to produce a positive electrode plate, and the negative electrode core (usually copper foil) contains a negative electrode active material. A negative electrode mixture is applied to produce a negative electrode plate. Then, after making these positive electrode plates and negative electrode plates oppose each other via a separator, they are spirally wound to form a spiral electrode group. And after press-molding such a spiral electrode group to make a flat electrode group, this is accommodated in a flat rectangular outer can, and a nonaqueous electrolyte is injected to form a nonaqueous electrolyte secondary battery. It is said.
この場合、上述のように作製された渦巻状電極群が巻きほぐれてしまわないように、最外周の極板(通常、最外周の極板は極板芯体のみが存在することとなる)に巻止め用粘着テープを貼着して、渦巻状電極群の最外周を固定するようにしている。ところが、巻止め用粘着テープを用いると、粘着テープが貼着された部分とタブが形成された部分とが重なり合って、該部分の厚みが増すこととなる。このため、タブ部の面方向の投影面部には、粘着テープが存在しないようにすることが、例えば、特許文献1で提案されるようになった。
しかしながら、上述した特許文献1で提案されるように、タブ部の面方向の投影面部に粘着テープが存在しないようにしても、渦巻状電極群を加圧成形して扁平な渦巻状電極群とする際に、例えば、図7(なお、図7は加圧力により巻止用テープとの境界部の芯体に破断部を生じた状態を模式的に示す断面図である)に示すように、最外周の極板芯体11a(なお、図7において、11bは活物質層を示している)と粘着テープ14との境界部分αで極板芯体11aが切断されるという問題を生じた。これは、この種の非水電解質二次電池に対する高容量化の要求が高くなって、この高容量化の要求に応えるために活物質の充填量を増大させるようになった。
However, as proposed in Patent Document 1 described above, even if the adhesive tape is not present on the projection surface portion in the surface direction of the tab portion, the spiral electrode group is formed by pressure forming the spiral electrode group. In doing so, for example, as shown in FIG. 7 (in addition, FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a fracture portion is generated in the core body at the boundary portion with the winding tape by the applied pressure) There arises a problem that the
このため、活物質を保持する極板芯体の厚みを8〜30μmと薄い金属箔(通常は、正極芯体としはアルミニウム箔、負極芯体としは銅箔)が用いられるようになったためである。そして、このような厚みが薄い金属箔からなる極板芯体にできる限り活物質の充填量を多くするために、高密度に活物質が充填されることとなる。このため、扁平な渦巻状電極群とする際に高加圧力(例えば、20MPa程度)で加圧成形されるようになったためである。 For this reason, a thin metal foil (usually an aluminum foil as a positive electrode core and a copper foil as a negative electrode core) has come to be used with a thickness of 8 to 30 μm of the electrode plate core that holds the active material. is there. And in order to increase the filling amount of an active material as much as possible in the electrode plate core body which consists of such a thin metal foil, an active material will be filled with high density. For this reason, when it is set as a flat spiral electrode group, it is because it pressure-molded with high pressurization force (for example, about 20 MPa).
ところで、最外周の極板芯体と粘着テープとの境界部分で極板芯体が切断されると、切断部の先に形成された集電リード部からの集電がなされなくなって、電池としての機能を奏さなくなり充放電ができなくなるという問題が生じるようになる。 By the way, when the electrode plate core is cut at the boundary between the outermost electrode plate core and the adhesive tape, the current collecting from the current collecting lead portion formed at the tip of the cut portion is not made, and as a battery This causes a problem that the function cannot be performed and charging / discharging cannot be performed.
そこで、本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、扁平渦巻状電極群の最外周に巻止めテープを貼着するとともに、その貼着位置を適正化して高加圧力で扁平な渦巻状電極群に加圧成形しても、最外周の極板芯体と粘着テープとの境界部分で極板芯体に切断が生じたりすることがない電池を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and affixing a winding tape on the outermost periphery of the flat spiral electrode group, and optimizing the adhering position with a high applied pressure. An object of the present invention is to provide a battery that does not cause the electrode plate core to be cut at the boundary between the outermost electrode plate core and the adhesive tape even if it is pressure-formed into a flat spiral electrode group. To do.
本発明の角形電池は、金属箔からなる正極芯体に正極活物質を含む正極合剤層が形成された正極板板と、金属箔からなる負極芯体に負極活物質を含む負極合剤層が形成された負極板とがセパレータを介して相対向するように扁平な渦巻状に巻回された扁平渦巻状電極群を備え、扁平渦巻状電極群の最外周に巻止めテープが貼着されている。そして、上記目的を達成するため、渦巻状電極群の最外周に配置される極板においては、内周側は芯体の両面に活物質が塗布された両面塗布部を備え、これに連続する外周側は芯体内面の片面のみに活物質が塗布され外面は芯体が露出した片面芯体露出部を備え、これに連続する最外周側は芯体の両面に活物質が未塗布の両面芯体露出部を備えているとともに、巻止めテープの一端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で両面芯体露出部に貼着されているとともに、巻止めテープの他端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で片面芯体露出部に貼着されている。あるいは、巻止めテープの一端部は扁平渦巻状電極群の平坦部で両面芯体露出部に貼着されているとともに、巻止めテープの他端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で片面塗布部に貼着されている。 The prismatic battery of the present invention includes a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core made of metal foil, and a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material in a negative electrode core made of metal foil. A flat spiral electrode group wound in a flat spiral shape so that the negative electrode plate with the separator is opposed to each other via a separator, and a winding tape is attached to the outermost periphery of the flat spiral electrode group ing. And in order to achieve the said objective, in the electrode plate arrange | positioned at the outermost periphery of a spiral electrode group, the inner peripheral side is equipped with the double-sided application part by which the active material was apply | coated to both surfaces of the core, and it continues to this. The outer peripheral side is provided with a single-sided core exposed portion where the active material is applied only to one side of the inner surface of the core and the outer surface is exposed, and the outermost continuous side is continuous with both sides of the core not coated with the active material. While having a core exposed portion, one end of the winding tape is adhered to the double-sided core exposed portion by a curvature portion (R portion) of the flat spiral electrode group, and the other end of the winding tape Is attached to the single-sided core exposed portion at the curvature portion (R portion) of the flat spiral electrode group. Alternatively, one end of the winding tape is attached to the double-sided core exposed portion at the flat portion of the flat spiral electrode group, and the other end portion of the winding tape is a curved portion (R portion) of the flat spiral electrode group. ) Is attached to the single-side application part.
ここで、巻止用テープの両先端部が共に扁平状電極群の曲率部(R部)に位置するように貼着された電極群においては、巻止用テープの両先端部において、巻止用テープとの境界部の芯体に破断部を生じることはなかった。また、巻止用テープの一方の先端部が扁平状電極群の曲率部(R部)に位置する片面芯体露出部に貼着され、他方の先端部が扁平状電極群の平坦部に位置する両面芯体露出部に貼着された電極群においても、巻止用テープとの境界部の芯体に破断部を生じることはなかった。これは、巻止用テープの両先端部が扁平状電極群の曲率部(R部)に位置すると、この部分には加圧力が直接加わりにくいため、芯体に破断部を生じることはないと考えられる。また、巻止用テープの他方が扁平状電極群の平坦部に位置する両面芯体露出部に貼着されていても、両面芯体露出部の下部に活物質層が存在しないため、加圧時に芯体がクッションの役割の作用をして芯体に破断部を生じるのを防止するためと考えられる。 Here, in the electrode group attached so that both the tip portions of the winding tape are positioned at the curvature portion (R portion) of the flat electrode group, the winding tape is fixed at both tip portions of the winding tape. There was no breakage in the core at the boundary with the tape. One end of the winding tape is attached to the single-sided core exposed part located at the curvature part (R part) of the flat electrode group, and the other end part is located at the flat part of the flat electrode group. Even in the electrode group adhered to the double-sided core exposed portion, no breakage occurred in the core at the boundary with the winding tape. This is because when both ends of the tape for winding are located at the curvature portion (R portion) of the flat electrode group, it is difficult for pressure to be directly applied to this portion. Conceivable. In addition, even if the other side of the winding tape is attached to the double-sided core exposed part located in the flat part of the flat electrode group, there is no active material layer under the double-sided core exposed part, so pressurization It is considered that sometimes the core body acts as a cushion and prevents the core body from being broken.
なお、扁平渦巻状電極群は渦巻状に巻回された渦巻状電極群を加圧成形により成形されたものであると、本発明を適用するとより効果的に作用する。この場合、加圧力が20MPa未満であると、扁平状電極群の厚みを薄くすることができないために正極板と負極板の間の距離が短くすることがてきなく、劣化を招来する副反応が抑制されずに容量維持率が低下する。一方、加圧力が40MPaを超えるような大きな加圧力になると、巻止用テープとの境界部の芯体に破断部を生じるようになる。これらのことから、加圧成形による加圧力は20MPa以上40MPa以下であるのが望ましいということができる。さらに、アルミニウム箔は弾力性を有するので、巻状電極群の最外周に配置される極板の芯体はアルミニウム箔であるのが望ましい。 The flat spiral electrode group works more effectively when the present invention is applied to a spiral electrode group wound in a spiral shape by pressure molding. In this case, if the applied pressure is less than 20 MPa, the thickness of the flat electrode group cannot be reduced, so that the distance between the positive electrode plate and the negative electrode plate cannot be shortened, and side reactions that cause deterioration are suppressed. The capacity maintenance rate is reduced. On the other hand, when the applied pressure is a large applied pressure exceeding 40 MPa, a broken portion is generated in the core body at the boundary with the winding tape. From these, it can be said that the pressure applied by pressure molding is desirably 20 MPa or more and 40 MPa or less. Furthermore, since aluminum foil has elasticity, it is desirable that the core of the electrode plate disposed on the outermost periphery of the wound electrode group is aluminum foil.
本発明の角形電池においては、扁平状電極群の最外周に貼着される巻止用テープの貼着位置を規定しているので、渦巻状電極群を高圧力で加圧成形して扁平状にしても、極板芯体と粘着テープとの境界部分で極板芯体に切断が生じたりすることがない電池を提供することが可能となる。 In the prismatic battery of the present invention, since the attachment position of the winding tape to be attached to the outermost periphery of the flat electrode group is defined, the spiral electrode group is formed into a flat shape by press molding at a high pressure. Even so, it is possible to provide a battery in which the electrode plate core is not cut at the boundary between the electrode plate core and the adhesive tape.
ついで、本発明の実施の形態を図1〜図6に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図1は本発明をリチウムイオン電池に適用した場合の正極板を模式的に示す図あり、図1(a)はその平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A断面を示す断面図である。図2は本発明をリチウムイオン電池に適用した場合の負極板を模式的に示す図あり、図2(a)はその平面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A断面を示す断面図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. However, the present invention is not limited to this embodiment, and may be changed as appropriate without changing the object of the present invention. It is possible to implement. 1 is a diagram schematically showing a positive electrode plate when the present invention is applied to a lithium ion battery, FIG. 1 (a) is a plan view thereof, and FIG. 1 (b) is a diagram of FIG. 1 (a). It is sectional drawing which shows an AA cross section. FIG. 2 is a diagram schematically showing a negative electrode plate when the present invention is applied to a lithium ion battery, FIG. 2 (a) is a plan view thereof, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing which shows A cross section.
また、図3は、図1に示す正極板と図2に示す負極板を用いて渦巻状電極群を作製し、この渦巻状電極群の表面に粘着テープを貼着した後、扁平な渦巻状電極群に加圧成形された状態を模式的に示す図であり、図3(a)はその断面図であり、図3(b)は図3(a)のA部を拡大して示す断面図である。なお、図3(b)では様々な粘着テープ貼着位置をまとめて表示しており、渦巻状電極群に貼着されるのは図3(a)に示すようにいずれか1つである。図4は、図1に示す正極板と図2に示す負極板を用いて渦巻状電極群を作製し、この渦巻状電極群の表面に粘着テープを貼着した後、扁平な渦巻状電極群に加圧成形された状態を模式的に示す斜視図である。図5は充放電サイクルに対する充電状態での電池厚みの関係を示すグラフである。図6は充放電サイクルに対する電池容量の関係を示すグラフである。 FIG. 3 shows a spiral spiral electrode group produced by using the positive electrode plate shown in FIG. 1 and the negative electrode plate shown in FIG. 2, and an adhesive tape is attached to the surface of the spiral electrode group. It is a figure which shows the state by which the electrode group was pressure-molded typically, FIG. 3 (a) is the sectional drawing, FIG.3 (b) is a cross section which expands and shows the A section of Fig.3 (a). FIG. In FIG. 3B, various adhesive tape attaching positions are collectively displayed, and any one of them is attached to the spiral electrode group as shown in FIG. 3A. FIG. 4 shows a spiral electrode group produced by preparing a spiral electrode group using the positive electrode plate shown in FIG. 1 and the negative electrode plate shown in FIG. 2, and sticking an adhesive tape on the surface of the spiral electrode group. It is a perspective view which shows typically the state by which it was press-molded. FIG. 5 is a graph showing the relationship of the battery thickness in the charged state with respect to the charge / discharge cycle. FIG. 6 is a graph showing the relationship of battery capacity to charge / discharge cycles.
1.正極板
まず、正極活物質としての平均粒径が5μmのコバルト酸リチウム(LiCoO2)94質量部と、導電剤としての人造黒鉛粉末3質量部とを混合して正極合剤を調製した。この正極合剤と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶かした結着剤としてのフッ化ビニリデン系重合体を固形分が3質量部となるように混合、混練して正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーを正極芯体(例えば、アルミニウム箔あるいはアルミニウム合金箔からなり、厚みが15μmのもの)11aの両面に塗布量が450g/m2(片面塗布量は225g/m2)になるようにドクターブード法により塗布して、正極集電体11aの両面に正極合剤層11bを形成した。
1. Positive electrode plate First, 94 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) having an average particle diameter of 5 μm as a positive electrode active material and 3 parts by mass of artificial graphite powder as a conductive agent were mixed to prepare a positive electrode mixture. This positive electrode mixture and a vinylidene fluoride polymer as a binder dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are mixed and kneaded so that the solid content is 3 parts by mass, and then a positive electrode mixture slurry Was prepared. The coating amount of this positive electrode mixture slurry is 450 g / m 2 (one-side coating amount is 225 g / m 2 ) on both surfaces of a positive electrode core (for example, made of aluminum foil or aluminum alloy foil and having a thickness of 15 μm). In this way, the positive
ついで、この正極合剤層11bを乾燥させた後、合剤の充填密度が3.7g/cm3になるようにローラプレス機により圧延し、その後、所定の寸法になるように短冊状に切断して正極板11を作製した。この場合、正極芯体11aの外側塗布部(正極板11を巻回して渦巻状電極群とした場合に渦巻の外側になる正極合剤層11b)の長さx1が360mm(x1=360mm)となり、非塗布部(芯体露出部11c,11d)の長さx2が110mm(x2=110mm)となるように正極合剤スラリーを塗布して正極合剤層11bを形成させた。また、正極芯体11aの内側塗布部(正極板11を巻回して渦巻状電極群とした場合に渦巻の内側になる正極合剤層11b)の長さy1が425mm(y1=425mm)となり、非塗布部(芯体露出部11d)の長さy2が45mm(y2=45mm)となるように正極合剤スラリーを塗布して正極合剤層11bを形成させた。
Next, after this positive
また、折り曲げた際に正極リード11fとなり、この正極リード11fが渦巻状電極群10の上端部から延出するように、正極芯体11aの後端部の露出部分11dに略コ字状の切り込み11eを入れた。これにより、渦巻状電極群とされた際の最外周部に位置する正極板11においては、巻き終わり端部の内側および外側は正極合剤層11bが存在しない両面芯体露出部11d(長さ:y2)が配置され、その内部側の内側には正極合剤層11bが存在し、外側には正極合剤層11bが存在しない片面芯体露出部11c(長さ:x2−y2)が配置されることとなる。
Further, when bent, it becomes the
2.負極板
一方、負極活物質としての塊状人造黒鉛(Lc値が1000Å以上で、d002値が3.358Åで、平均粒径が20μmのもの)粉末と、固形分が48%のスチレン−ブタジエンゴム(SBR)のディスパージョンとを水に分散させ、さらに、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を加えて負極合剤スラリーを調製した。この場合、負極合剤スラリーは、乾燥後の固形分質量組成比が負極活物質:SBR:CMCが97:1.5:1.5となるように調製した。得られた負極合剤スラリーを負極芯体(例えば、銅箔からなり、厚みが10μmのもの)12aの両面に塗布量が250g/m2(片面塗布量は125g/m2)になるようにドクターブード法により塗布して負極合剤層12bを形成した。
2. A negative electrode plate on the other hand, massive artificial graphite as an anode active material (in Lc values 1000Å or more, with d 002 value is 3.358A, an average particle diameter of 20 [mu] m) powder and styrene solids 48% - butadiene rubber A dispersion of (SBR) was dispersed in water, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener was added to prepare a negative electrode mixture slurry. In this case, the negative electrode mixture slurry was prepared so that the solid mass composition ratio after drying was 97: 1.5: 1.5 of the negative electrode active material: SBR: CMC. The obtained negative electrode mixture slurry is coated on both sides of a negative electrode core (for example, made of copper foil and having a thickness of 10 μm) 12a so that the coating amount is 250 g / m 2 (the coated amount on one side is 125 g / m 2 ). The negative
この場合、渦巻状電極群とした際の巻始部となる負極芯体12aの両面に、所定幅の負極合剤スラリーの非塗布部12cが形成されるように、負極合剤スラリーを塗布して負極合剤層12bを形成させた。ついで、この負極合剤層12bを乾燥させた後、合剤の充填密度が1.5g/cm3になるようにローラプレス機により圧延した。その後、2時間真空乾燥させ、所定の寸法の短冊状に切断した後、非塗布部12cに負極リード12dを溶接して負極板12を作製した。
In this case, the negative electrode mixture slurry is applied so that the
3.巻止め用粘着テープ
ポリプロピレン(PP)からなる基材に粘着剤してのゴム系粘着剤が塗布された粘着テープを所定の大きさ(この例においては、厚みが30μm(この場合の厚みは粘着材の厚みも含む)で、幅が7mmで、高さ(長さ)が45mmとなるようにした)に切断して巻止め用粘着テープ14とした。
3. Anti-winding adhesive tape Adhesive tape with a rubber adhesive applied as an adhesive to a base material made of polypropylene (PP) has a predetermined size (in this example, a thickness of 30 μm (in this case, the thickness is adhesive) (Including the thickness of the material), the width was 7 mm, and the height (length) was 45 mm).
なお、巻止め用粘着テープ14の基材としては、上述したポリプロピレン(PP)以外に、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、不飽和カルボン酸エステルポリマー、シアノ基含有ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素含有ポリマー等の付加重合により得られるポリマー、ポリウレタン、ポリウレア、ポリカーボネイト等の重付加によるポリマー、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド等の重縮合によるポリマーなどを用いるようにしてもよい。
In addition to the polypropylene (PP) described above, the base material of the anti-winding
また、粘着剤としては、実質的に電解液により溶解または分解しない限り特に限定されないが、例えば主剤となる高分子がポリイソブチレン、シリコンゴム、ニトリルゴム、ネオプレン等のゴム系粘着剤、アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、アミノ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、イソシアナート樹脂等の熱硬化性樹脂系粘着剤などを用いるようにしてもよい。 The pressure-sensitive adhesive is not particularly limited as long as it is not substantially dissolved or decomposed by the electrolytic solution. For example, the main polymer is a rubber-based pressure-sensitive adhesive such as polyisobutylene, silicon rubber, nitrile rubber, or neoprene, or an acrylic resin. Thermoplastic resins such as thermoplastic resins such as vinyl resins, fluorine resins and polyamides, amino resins, phenolic resins, polyester resins, epoxy resins and isocyanate resins may be used. Good.
4.扁平状渦巻状電極群
ついで、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ13を用意した後、上述のようにして作製した正極板11と負極板12との間にセパレータ13を挟み込んで、渦巻状に卷回して渦巻状電極群を作製した。この場合、正極板11が渦巻状電極群の最外周に配置されるように積層して巻回するとともに、渦巻状電極群の最外周部に位置する正極板11の巻き終わり端部の内側および外側は正極合剤層11bが存在しない両面芯体露出部11d(長さ:y2)が配置され、その内部側の内側には正極合剤層11bが存在し、外側には正極合剤層11bが存在しない片面芯体露出部11c(長さ:x2−y2)が配置されるように巻回した。
4). Flat spiral electrode group Next, after preparing a
この後、上述した巻止用粘着テープ14を用意し、得られた渦巻状電極群の最外周に配置された正極板11の両面芯体露出部11d(巻回方向の内側および外側の両方に正極合剤層11bが存在しない部分)と、その内周側の片面芯体露出部11c(巻回方向の外側のみが正極合剤層11bが存在しない部分)が差し渡されるように巻止用粘着テープ14をそれぞれ貼着して、渦巻状電極群が巻きほぐれてしまわないようにした。ついで、上述のように作製した渦巻状電極群の両側から所定の加圧力となるようにプレスの圧力を制御して加圧成形し、図3および図4に示すように、横断面形状が長円形状(扁平状)電極群10(a,b,c,d,e,f,g)をそれぞれ作製した。このとき、扁平状電極群10の最外周に配置された正極板11の正極芯体11aの先端部Xが曲率部(R部)(図3(b)の点線内)に位置するようにしてプレス成形した。
Thereafter, the above-described winding
なお、プレス後の扁平状電極群10のプレス面の面積は約14.4cm2(3.2cm×4.5cm)であった。ここで、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の片面芯体露出部分11cに位置し、他方の先端部ZはR部の両面芯体露出部分11dに位置するように20MPaの加圧力でプレス成形されて形成された扁平状電極群10を電極群aとした。同様に、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZはR部の先で平坦な両面芯体露出部11dに位置するように20MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群bとした。また、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZはR部の先で平坦な両面芯体露出部11dに位置するように40MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群cとした。
In addition, the area of the pressing surface of the
さらに、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZはR部の先で平坦な両面芯体露出部11dに位置するように67MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群dとした。また、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の先で平坦な片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZがR部の両面芯体露出部分11dに位置するように20MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群eとした。また、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の先で平坦な片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZがR部の先で平坦な両面芯体露出部11dに位置するように20MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群fとした。また、巻止用粘着テープ14の一方の先端部YがR部の先で平坦な片面芯体露出部11cに位置し、他方の先端部ZがR部の先で平坦な両面芯体露出部11dに位置するように14MPaの加圧力でプレス成形されたものを電極群gとした。
Further, one tip Y of the winding
ここで、上述のようにして扁平状電極群a〜gを作製するに際して、例えば、図7に示すように、正極芯体11aと巻止用粘着テープ14との境界部(Y端,Z端)に正極芯体11aの破断部αが生じたか否かを目視により確認すると、下記の表1に示すような結果が得られた。
上記表1の結果から明らかなように、巻止用粘着テープ14の先端部Y,Zが共に扁平状電極群10のR部の11c、11dの上に位置するように貼着された電極群aにおいては、巻止用粘着テープ14のY端およびZ端に両方において、正極芯体11aとの境界部の正極芯体11aに破断部α(図7参照)を生じることはなかった。また、巻止用粘着テープ14の先端部Yが扁平状電極群10のR部の11c(渦巻の内側は正極合剤層11bが存在する)上に位置し、もう一方の先端部Zが扁平状電極群10の平坦な11d(渦巻の内側、外側は共に正極合剤層11bが存在しない)上に位置するように貼着された電極群b,cにおいては、正極芯体11aとの境界部の正極芯体11aに破断部α(図7参照)を生じることはなかった。
As is apparent from the results in Table 1 above, the electrode group adhered so that the leading end portions Y and Z of the winding
ただし、扁平状電極群10を形成する際の加圧力を67MPaにしてプレス成形された電極群dにおいては、巻止用粘着テープ14の先端部Yが扁平状電極群10のR部の11c(渦巻の内側は正極合剤層11bが存在する)上に位置し、もう一方の先端部Zが扁平状電極群10の平坦な11d(渦巻の内側、外側は共に正極合剤層11bが存在しない)上に位置するように貼着されていても、粘着テープ14の先端部Zと正極芯体11aとの境界部に破断部α(図7参照)が生じる結果となった。
However, in the electrode group d that is press-molded with a pressing force for forming the
一方、巻止用粘着テープ14の先端部Yが扁平状電極群10のR部の先の平坦な11c(渦巻の内側は正極合剤層11bが存在する)上に位置し、もう一方の先端部Zが扁平状電極群10の平坦な11d(渦巻の内側、外側は共に正極合剤層11bが存在しない)上に位置するように貼着された電極群e,fにおいては、粘着テープ14の先端部Yと正極芯体11aとの境界部に破断部α(図7参照)が生じる結果となった。ただし、扁平状電極群10を形成する際の加圧力を14MPaにしてプレス成形された電極群gにおいては、巻止用粘着テープ14の先端部Yが扁平状電極群10のR部の先の平坦な11c上に位置し、もう一方の先端部Zが扁平状電極群10の平坦な11d上に位置するように貼着されていても、粘着テープ14の先端部Yと正極芯体11aとの境界部に破断部α(図7参照)が生じることはなかった。
On the other hand, the front end Y of the winding
これらのことから、巻止めテープの一端部(Y端)は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)の片面芯体露出部11cに貼着されているとともに、他端部(Z端)も扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で両面芯体露出部11dに貼着されているのが望ましいということができる。又は、巻止めテープの一端部(Y端)は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)の片面芯体露出部11cに貼着されているとともに、他端部(Z端)は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)の先の平坦な両面芯体露出部11dに貼着されているのが望ましいということができる。
For these reasons, one end portion (Y end) of the winding tape is adhered to the single-sided core exposed
5.非水電解液二次電池の作製
ついで、外形寸法の高さが50mmで、幅が34mmで、厚みが5.2mmのアルミニウム製の角形外装缶を用意した。なお、角形外装缶の材質はこれに限ることはなく、例えば、鉄あるいは鉄合金製のものを用いるようにしてもよい。ついで、上述のように作製した電極群a(巻止め用粘着テープを用い、プレス圧力が20MPaで加圧成形されたもの),g(巻止め用粘着テープを用い、プレス圧力が14MPaで加圧成形されたもの)を角形外装缶の開口部からそれぞれ挿入した。この後、各電極群a,gの正極板11から延出する正極集電リード11fを外装缶(正極端子を兼ねる)に溶接するとともに、負極板12から延出する負極集電リード12dを負極端子に溶接した。
5). Preparation of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, a rectangular outer can made of aluminum having a height of 50 mm, a width of 34 mm, and a thickness of 5.2 mm was prepared. The material of the rectangular outer can is not limited to this, and for example, a material made of iron or an iron alloy may be used. Next, the electrode group a produced as described above (a pressure-bonding adhesive tape was used and pressed at a pressing pressure of 20 MPa), g (a winding pressure-sensitive adhesive tape was used and the pressing pressure was 14 MPa) The molded ones) were respectively inserted from the openings of the rectangular outer cans. Thereafter, the positive electrode current collecting lead 11f extending from the
この後、角形外装缶の開口部内に絶縁スペーサを配置した後、角形外装缶の開口部の上に封口板を配置した後、これらの接合部にレーザー光を照射して、角形外装缶の上に封口板を接合した。ついで、封口板に設けられた注液口から非水電解液を注液した後、注液口を封止して密閉して、設計容量が1000mAhの非水電解液二次電池A(電極群aを用いたもの),G(電極群gを用いたもの)をそれぞれ作製した。なお、封口板の中央部には絶縁ガスケットを介して負極端子が配設されており、この負極端子内にガス排出弁が配置されている。なお、非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルカーボネート(EMC)を等体積比で混合した溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)からなる溶質を1モル/リットル溶解させた非水溶液を用いた。 After this, after placing an insulating spacer in the opening of the rectangular outer can, a sealing plate is placed on the opening of the rectangular outer can, and then laser light is irradiated to these joints to A sealing plate was joined to the plate. Next, after injecting a non-aqueous electrolyte from an injection port provided on the sealing plate, the injection port is sealed and sealed, and the non-aqueous electrolyte secondary battery A (electrode group) having a design capacity of 1000 mAh is sealed. a) and G (using electrode group g) were prepared. In addition, the negative electrode terminal is arrange | positioned through the insulating gasket in the center part of the sealing board, and the gas exhaust valve is arrange | positioned in this negative electrode terminal. As the non-aqueous electrolyte, 1 mol / liter of a solute composed of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl carbonate (EMC) are mixed at an equal volume ratio. A non-aqueous solution was used.
この場合、溶媒に溶解される溶質としては、LiPF6以外に、LiBF4,LiCF3SO3,LiAsF6,LiN(CF3SO2)2,LiC(CF3SO2)3,LiCF3(CF2)3SO3等を用いてもよい。また、混合溶媒としては、上述したECとEMCとの混合溶媒以外に、水素イオンを供給する能力のない非プロトン性溶媒、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロラクトン(GBL)等を使用し、これらとジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、エトキシメトキシエタン(EME)等の低沸点溶媒との混合溶媒を用いてもよい。 In this case, as the solute dissolved in the solvent, in addition to LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 or the like may be used. As the mixed solvent, in addition to the above-mentioned mixed solvent of EC and EMC, an aprotic solvent having no ability to supply hydrogen ions, for example, propylene carbonate (PC), vinylene carbonate (VC), butylene carbonate (BC ), Γ-butyrolactone (GBL), etc., and these and dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), 1,2-diethoxyethane (DEE), 1,2-dimethoxyethane (DME), ethoxy A mixed solvent with a low boiling point solvent such as methoxyethane (EME) may be used.
6.充放電サイクル試験
これらの各電池A,Gをそれぞれ室温(約25℃)で、1000mA(1It)の充電電流で、電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、4.2Vの定電圧で電流値が10mAに達するまで定電圧充電した。この後、1000mA(1It)の放電電流で、電池電圧が2.75Vに達するまで放電させるという充放電サイクルを600サイクル繰り返して行った。このとき、1サイクル、100サイクル、300サイクル、500サイクル後に電池厚み(mm)を測定するととともに電池容量(mAr)を測定すると、下記の表2に示すように結果が得られた。
6). Charging / discharging cycle test Each of these batteries A and G was charged at a constant current at room temperature (about 25 ° C.) with a charging current of 1000 mA (1 It) until the battery voltage reached 4.2 V, and a constant voltage of 4.2 V The battery was charged at a constant voltage until the current value reached 10 mA. Thereafter, a charge / discharge cycle of discharging at a discharge current of 1000 mA (1 It) until the battery voltage reached 2.75 V was repeated 600 times. At this time, when the battery thickness (mm) was measured and the battery capacity (mAr) was measured after 1 cycle, 100 cycles, 300 cycles, and 500 cycles, the results were obtained as shown in Table 2 below.
また、電池厚みの測定に基づいて、1サイクル目に対する100サイクル、300サイクル、500サイクル後の電池厚みの膨れ(mm)および容量維持率(%)を求めると、下記の表2に示すように結果が得られた。なお、1サイクル、100サイクル、300サイクル、500サイクル後の電池厚みの変化をグラフに示すと、図5に示すような結果が得られた。また、1サイクル、100サイクル、300サイクル、500サイクル後の電池容量の変化をグラフに示すと、図6に示すような結果が得られた。
上記表2および図4の結果から明らかなように、電池Aと電池Gとを比較すると、電池Aの方が電池Gよりも充放電サイクル初期(1サイクル)時点での電池厚みが0.15mmだけ薄く、各サイクルで電池厚みの膨れも小さく、かつ500サイクル後の結果においても、電池厚みの膨れが0.27mmだけ薄くなっており、電池容量維持率においても、電池Aの方が電池Gよりも7%だけ高い結果となっていることが分かる。 As is apparent from the results of Table 2 and FIG. 4, when the battery A and the battery G are compared, the battery A has a battery thickness of 0.15 mm at the beginning of the charge / discharge cycle (one cycle) than the battery G. As a result, the battery thickness swell is small in each cycle, and the battery thickness swell is reduced by 0.27 mm in the result after 500 cycles. It can be seen that the result is higher by 7%.
ここで、電池Aが初期での厚みが電池Gよりも薄いのは、電池Aの方が扁平状電極群aを形成する際の成形圧が20MPaで、電池Gの扁平状電極群gの14MPaの成形圧よりも大きいために、扁平状電極群aの厚みを薄くできるためである。そして、扁平状電極群aを形成する際の成形圧を大きくすると、500サイクル後のサイクル特性は初期の厚みの差以上に膨れが小さくなり、かつ容量維持率も向上するようになる。これは、扁平状電極群aの厚みを薄くすることにより、結果的に正極板11と負極板12の間の距離が短くなって、反応が均一になるために、劣化を招来する副反応が抑制されたためと考えられる。
Here, the initial thickness of the battery A is thinner than that of the battery G. The battery A has a molding pressure of 20 MPa when forming the flat electrode group a, and 14 MPa of the flat electrode group g of the battery G. This is because the thickness of the flat electrode group a can be reduced because the pressure is larger than the molding pressure. When the molding pressure for forming the flat electrode group a is increased, the cycle characteristics after 500 cycles are less swollen than the initial thickness difference, and the capacity retention rate is improved. This is because, by reducing the thickness of the flat electrode group a, the distance between the
なお、上述した実施の形態においては、本発明を非水電解液二次電池に適用する例について説明したが、本発明の角形電池は、非水電解液二次電池に限らず、最外周に巻止めテープが貼着された扁平渦巻状電極群を直方体状の金属製外装缶内に収容された角形電池であれば、ニッケル−水素蓄電、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池やその他の蓄電池に適用できることは明らかである。また、本発明の角形電池は、電極群が収納される外装缶の形状において、厳密に直方体形状に限定するものではなく、横断面形状が長円形状の外装缶に電極群を収容した電池も含むものである。 In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the non-aqueous electrolyte secondary battery has been described. However, the prismatic battery of the present invention is not limited to the non-aqueous electrolyte secondary battery, and is arranged on the outermost periphery. If it is a square battery in which a flat spiral electrode group with a winding tape attached is housed in a rectangular metal outer can, it can be used for alkaline storage batteries such as nickel-hydrogen storage and nickel-cadmium storage batteries, and other storage batteries. It is clear that it can be applied. The prismatic battery of the present invention is not strictly limited to a rectangular parallelepiped shape in the shape of the outer can in which the electrode group is accommodated, and a battery in which the electrode group is accommodated in an outer can whose cross-sectional shape is oval. Is included.
また、上述した実施の形態においては、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた例について説明したが、コバルト酸リチウム以外に、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複合酸化物あるいは二酸化マンガン(MnO2)、五酸化バナジウム、五酸化ニオブなどの金属酸化物、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの金属カルコゲン化物等も使用できる。 In the above-described embodiment, the example in which lithium cobaltate is used as the positive electrode active material has been described. In addition to lithium cobaltate, lithium-containing transition metal composite oxides such as lithium nickelate and lithium manganate, or dioxide dioxide Metal oxides such as manganese (MnO 2 ), vanadium pentoxide, niobium pentoxide, and metal chalcogenides such as titanium disulfide and molybdenum disulfide can also be used.
また、上述した実施の形態においては、負極活物質として天然黒鉛を用いた例について説明したが、天然黒鉛以外に、リチウムイオンを吸蔵・放出し得るカーボン系材料、例えば、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体、人造黒鉛、非晶質酸化物等の公知のものを用いてもよい。また、同様にリチウムイオンを吸蔵・放出し得るシリコン系材料、シリコンとカーボン系材料の混合物を用いてもよい。また、リチウム、リチウムを主体とする合金を負極に用いても、本発明を適用できるのは勿論である。 In the embodiment described above, an example in which natural graphite is used as the negative electrode active material has been described. However, in addition to natural graphite, a carbon-based material capable of occluding and releasing lithium ions, such as carbon black, coke, and glass. Known carbon, carbon fiber, or a fired body thereof, artificial graphite, amorphous oxide, or the like may be used. Similarly, a silicon-based material that can occlude and release lithium ions, or a mixture of silicon and a carbon-based material may be used. Of course, the present invention can be applied even when lithium or an alloy mainly composed of lithium is used for the negative electrode.
10…扁平状電極群、11…正極板、11a…正極芯体、11b…正極合剤層、11c…片面芯体露出部、11d…両面芯体露出部、11e…切り込み部、11f…正極集電リード、12…負極板、12b…負極合剤層、12d…負極集電リード、14…巻止用粘着テープ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記渦巻状電極群の最外周に配置される極板においては、内周側は芯体の両面に活物質が塗布された両面塗布部を備え、これに連続する外周側は芯体内面の片面のみに活物質が塗布され外面は芯体が露出した片面芯体露出部を備え、これに連続する最外周側は芯体の両面に活物質が未塗布の両面芯体露出部を備えているとともに、
前記巻止めテープの一端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で前記両面芯体露出部に貼着されているとともに、前記巻止めテープの他端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で前記片面芯体露出部に貼着されていることを特徴とする角形電池。 A positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core made of metal foil; and a negative electrode plate in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode core made of metal foil; Is a prismatic battery comprising a flat spiral electrode group wound in a flat spiral shape so as to face each other with a separator interposed therebetween, and a winding tape attached to the outermost periphery of the flat spiral electrode group. ,
In the electrode plate disposed on the outermost periphery of the spiral electrode group, the inner peripheral side includes a double-sided coating portion in which an active material is applied to both surfaces of the core body, and the outer peripheral side continuous thereto is one side of the inner surface of the core body. The outer surface is provided with a single-sided core exposed portion where the active material is applied only on the outer surface and the core is exposed, and the outermost peripheral side continuous therewith has a double-sided core exposed portion where the active material is not applied on both sides of the core. With
One end portion of the winding tape is attached to the double-sided core exposed portion at a curvature portion (R portion) of a flat spiral electrode group, and the other end portion of the winding tape is a flat spiral electrode group. A prismatic battery characterized in that it is adhered to the single-sided core exposed portion at a curvature portion (R portion).
前記渦巻状電極群の最外周に配置される極板においては、内周側は芯体の両面に活物質が塗布された両面塗布部を備え、これに連続する外周側は芯体内面の片面のみに活物質が塗布され外面は芯体が露出した片面芯体露出部を備え、これに連続する最外周側は芯体の両面に活物質が未塗布の両面芯体露出部を備えているとともに、
前記巻止めテープの一端部は扁平渦巻状電極群の平坦部で前記両面芯体露出部に貼着されているとともに、前記巻止めテープの他端部は扁平渦巻状電極群の曲率部(R部)で前記片面塗布部に貼着されていることを特徴とする角形電池。 A positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode core made of metal foil; and a negative electrode plate in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode core made of metal foil; Is a prismatic battery comprising a flat spiral electrode group wound in a flat spiral shape so as to face each other with a separator interposed therebetween, and a winding tape attached to the outermost periphery of the flat spiral electrode group. ,
In the electrode plate disposed on the outermost periphery of the spiral electrode group, the inner peripheral side includes a double-sided coating portion in which an active material is applied to both surfaces of the core body, and the outer peripheral side continuous thereto is one side of the inner surface of the core body. The outer surface is provided with a single-sided core exposed portion where the active material is applied only on the outer surface and the core is exposed, and the outermost peripheral side continuous therewith has a double-sided core exposed portion where the active material is not applied on both sides of the core. With
One end portion of the winding tape is a flat portion of a flat spiral electrode group and is attached to the double-sided core exposed portion, and the other end portion of the winding tape is a curvature portion (R of the flat spiral electrode group). Part) is attached to the single-side application part.
The prismatic battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the core of the electrode plate disposed on the outermost periphery of the spiral electrode group is an aluminum foil.
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