JP2009176650A - Electrode plate for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery using the same, and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池に代表される非水系二次電池用電極板とそれを用いた非水系二次電池およびその製造方法並びに製造装置に関し、特に安全性を高めた非水系二次電池に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode plate for a non-aqueous secondary battery represented by a lithium ion battery, a non-aqueous secondary battery using the same, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus, and more particularly to a non-aqueous secondary battery with improved safety. Is.
近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっているリチウム二次電池は、負極板にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等を用い、正極板にLiCoO2等の遷移金属とリチウムの複合酸化物を活物質として用いており、これによって高電位で高放電容量の非水系二次電池を実現しているが、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って、さらなる高容量化が望まれている。これらのリチウム二次電池において、高容量化が進む一方で重視すべきは安全対策であり、特に正極板と負極板とが内部短絡することによる急激な温度上昇を抑止することが極めて重要である。 In recent years, lithium secondary batteries, which are widely used as power sources for portable electronic devices, use a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium for the negative electrode plate, and a transition metal such as LiCoO 2 and lithium for the positive electrode plate. A composite oxide is used as an active material, and this has realized a non-aqueous secondary battery with a high potential and a high discharge capacity. However, with the recent multi-functionalization of electronic and communication devices, the capacity has increased. Is desired. In these lithium secondary batteries, while increasing capacity, safety measures should be emphasized, and in particular, it is extremely important to suppress a rapid temperature rise due to an internal short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate. .
従来、この問題の一つとして、正極板および負極板を所定の寸法に切断する際に、活物質が集電体から脱落して集電体が露出するという問題がある。電極板とセパレータを捲回した電極群を電池ケースに挿入し、電解液を注入した後に封口した非水系二次電池においては、充放電の際、特に正極板の集電体が露出している部分と負極板の活物質とが接触したときの内部短絡により熱暴走の原因となる。 Conventionally, as one of the problems, there is a problem that when the positive electrode plate and the negative electrode plate are cut into predetermined dimensions, the active material is dropped from the current collector and the current collector is exposed. In a non-aqueous secondary battery in which an electrode group in which an electrode plate and a separator are wound is inserted into a battery case and sealed after injecting an electrolyte, the current collector of the positive electrode plate is particularly exposed during charging and discharging. An internal short circuit when the part and the active material of the negative electrode plate come into contact causes thermal runaway.
前記課題に対し、集電体と活物質の剥がれを抑制する手段として、種々の提案がなされており、例えばギャング刃を用いて切断する際に、図8に示すように上軸62に取付けた上刃60および下軸63に取付けた下刃61の端面部間のクリアランス64を20μmから60μmにすることで電極板の切断部における活物質の脱落を防止することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Various proposals have been made as means for suppressing the peeling of the current collector and the active material to the above-mentioned problem. For example, when cutting using a gang blade, it is attached to the upper shaft 62 as shown in FIG. It has been proposed to prevent the active material from falling off at the cut portion of the electrode plate by changing the clearance 64 between the end faces of the lower blade 61 attached to the upper blade 60 and the lower shaft 63 from 20 μm to 60 μm (for example, Patent Document 1).
さらに、例えば図9に示されるようにギャング刃を用いて切断する際に、上刃70の側面72の円周エッジ部にテーパ加工74と、下刃71の側面73の円周エッジ部にテーパ加工75を施すことで、電極板の切断部における活物質の脱落を防止することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、非水系二次電池用電極板はアルミニウムの集電体または銅の集電体の両面に活物質を塗工した三層部と活物質を塗工していない未塗工部でできているために、三層部と未塗工部を同じ切断刃で切断することは非常に困難である。上述した特許文献1における活物質の脱落を防止する従来技術においては、活物質の脱落は防止できても、未塗工部の集電体を切断するときにバリが発生し内部短絡を誘発する課題を有していた。また、特許文献2における活物質の脱落を防止する従来技術においては、活物質と集電体の密着強度や電極板の厚み、または電極板の強度で活物質の脱落が左右されるといった課題を有していた。
However, the electrode plate for a non-aqueous secondary battery is made up of a three-layer part in which an active material is applied on both sides of an aluminum current collector or a copper current collector and an uncoated part in which no active material is applied. Therefore, it is very difficult to cut the three-layer portion and the uncoated portion with the same cutting blade. In the conventional technique for preventing the active material from falling off in the above-mentioned
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、電極板を切断するとき、切断刃への電極板の挿入角度と電極板の切断後の出口角度を規制することで切断部の活物質の脱落が
防止できる非水系二次電池用電極板であり、内部短絡による熱暴走を回避でき、安全性に優れた非水系二次電池を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. When cutting an electrode plate, the active material of the cutting portion is regulated by regulating the insertion angle of the electrode plate into the cutting blade and the exit angle after cutting the electrode plate. It is an electrode plate for a non-aqueous secondary battery that can prevent detachment of the battery, and an object thereof is to provide a non-aqueous secondary battery excellent in safety that can avoid thermal runaway due to an internal short circuit.
上記従来の課題を解決するために本発明の非水系二次電池用電極板は、少なくともリチウム含有複合酸化物よりなる活物質、導電材および結着剤を分散媒にて混練分散した正極合剤塗料を正極集電体の上に塗布し乾燥させて正極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした正極板または少なくともリチウムを保持しうる材料よりなる活物質および結着剤を分散媒にて混練分散した負極合剤塗料を負極集電体上に塗布し乾燥させて負極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした負極板を所定の寸法に切断して構成した非水系二次電池用電極板であって、正極板または負極板の長手方向における正極集電体の正極合剤層の切断面からの剥がれまたは負極集電体の負極合剤層の切断面からの剥がれの長さを正極合剤層または負極合剤層の厚み以下としたことを特徴とするものである。 In order to solve the above conventional problems, the electrode plate for a non-aqueous secondary battery according to the present invention is a positive electrode mixture in which an active material, a conductive material and a binder comprising at least a lithium-containing composite oxide are kneaded and dispersed in a dispersion medium. A coating material is applied onto the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer and pressed to a predetermined thickness, or at least an active material and a binder made of a material capable of holding lithium in a dispersion medium. A non-aqueous secondary battery comprising a negative electrode plate coated with a kneaded and dispersed negative electrode coating material, dried to form a negative electrode mixture layer, and pressed to a predetermined thickness and cut to a predetermined size. The length of peeling from the cut surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode current collector or the negative electrode mixture layer of the negative electrode current collector in the longitudinal direction of the positive electrode plate or negative electrode plate Less than or equal to the thickness of the positive electrode mixture layer or negative electrode mixture layer It is characterized in.
本発明の非水系二次電池用電極板によると、正極板または負極板の切断部における活物質の剥がれが防止でき、内部短絡による熱暴走を回避できる。また、切断後の電極板を連続的に巻取る際に切断部の極板切れを回避でき、製造工程での歩留が向上できる。 According to the electrode plate for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the active material can be prevented from peeling off at the cut portion of the positive electrode plate or the negative electrode plate, and thermal runaway due to an internal short circuit can be avoided. In addition, when the electrode plate after cutting is continuously wound, it is possible to avoid cutting of the electrode plate at the cutting portion, and the yield in the manufacturing process can be improved.
本発明の第1の発明においては、少なくともリチウム含有複合酸化物よりなる活物質、導電材および結着剤を分散媒にて混練分散した正極合剤塗料を正極集電体の上に塗布し乾燥させて正極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした正極板または少なくともリチウムを保持しうる材料よりなる活物質および結着剤を分散媒にて混練分散した負極合剤塗料を負極集電体上に塗布し乾燥させて負極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした負極板を所定の寸法に切断して構成した非水系二次電池用電極板であって、正極板または負極板の長手方向における正極集電体の正極合剤層の切断面からの剥がれまたは負極集電体の負極合剤層の切断面からの剥がれの長さを正極合剤層または負極合剤層の厚み以下としたことにより、内部短絡による熱暴走を回避でき、非水系二次電池の安全を確保することが可能であり、また、切断後の電極を連続的に巻取る際に切断部の極板切れを回避でき、製造工程での歩留が向上できる。 In the first invention of the present invention, a positive electrode mixture paint obtained by kneading and dispersing at least an active material composed of a lithium-containing composite oxide, a conductive material, and a binder in a dispersion medium is applied onto a positive electrode current collector and dried. A negative electrode current collector is formed by forming a positive electrode mixture layer and pressing it to a predetermined thickness, or a negative electrode mixture paint obtained by kneading and dispersing an active material and a binder made of a material capable of holding at least lithium in a dispersion medium An electrode plate for a non-aqueous secondary battery, which is formed by cutting a negative electrode plate that has been applied and dried to form a negative electrode mixture layer and pressed to a predetermined thickness, and is cut to a predetermined size, and is a positive electrode plate or a negative electrode plate The length of the positive electrode current collector in the longitudinal direction of the positive electrode mixture layer from the cut surface of the positive electrode mixture layer or the length of the negative electrode current collector from the cut surface of the negative electrode mixture layer is the thickness of the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer. Due to the following, thermal runaway due to internal short circuit It is possible to avoid, and it is possible to ensure the safety of the non-aqueous secondary battery, and it is possible to avoid the electrode plate breakage of the cut part when continuously winding the electrode after cutting, and the yield in the manufacturing process can be avoided. It can be improved.
本発明の第2の発明においては、少なくともリチウム含有複合酸化物よりなる活物質、導電材および結着剤を分散媒にて混練分散した正極合剤塗料を正極集電体の上に塗布し乾燥させて正極合剤層を形成した後に所定の厚みまでプレスした正極板または少なくともリチウムを保持しうる材料よりなる活物質および結着剤を分散媒にて混練分散した負極合剤塗料を負極集電体上に塗布し乾燥させて負極合剤層を形成した後に所定の厚みまでプレスした負極板を所定の寸法に切断した正極板または負極板をそれぞれ切断後に上下互い違いに振り分けて巻き取る非水系二次電池用電極板の製造方法であって、電極板が上下切断刃で切断する場合において、電極板の切断時に屈曲角を175°から180°とし、また、電極板の切断後には隣り合う切断後の電極板を上下互い違いに分離させることにより、活物質と集電体の密着強度や電極板の厚み、または電極板の強度で活物質の脱落が左右されるといった影響を受けないで切断部の活物質の脱落が防止でき、内部短絡による熱暴走を回避することが可能である。 In the second invention of the present invention, a positive electrode mixture paint obtained by kneading and dispersing at least an active material comprising a lithium-containing composite oxide, a conductive material, and a binder in a dispersion medium is applied onto the positive electrode current collector and dried. A positive electrode plate pressed to a predetermined thickness after forming a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture coating material in which an active material made of a material capable of holding at least lithium and a binder are kneaded and dispersed in a dispersion medium A non-aqueous system in which a negative electrode plate that is applied to a body and dried to form a negative electrode mixture layer and then pressed to a predetermined thickness is cut into predetermined dimensions, and then the positive electrode plate or the negative electrode plate is divided and wound up alternately after being cut. A method for manufacturing an electrode plate for a secondary battery, wherein when the electrode plate is cut with an upper and lower cutting blade, the bending angle is changed from 175 ° to 180 ° when the electrode plate is cut, and the electrode plates are adjacent after being cut. Cutting By separating the subsequent electrode plates in an up-and-down direction, the cutting portion is not affected by the influence of the active material and current collector adhesion strength, the electrode plate thickness, or the electrode plate strength depending on the dropout of the active material. The active material can be prevented from falling off, and thermal runaway due to an internal short circuit can be avoided.
本発明の第3の発明においては、電極板が上下切断刃で切断する場合において、入口部では上下切断刃の中央および水平へ挿入させる水平ロールを設置し、出口部では隣り合う切断後の電極板が上下互い違いに分離させる出口ロールを各々10°以上に設置することにより、切断部の活物質の脱落が防止でき、内部短絡による熱暴走を回避することが可能である。 In the third invention of the present invention, when the electrode plate is cut by the upper and lower cutting blades, a horizontal roll is provided to be inserted in the center and horizontally of the upper and lower cutting blades at the inlet portion, and the adjacent cut electrodes at the outlet portion. By installing the outlet rolls that separate the plates alternately in the upper and lower directions at 10 ° or more, it is possible to prevent the active material in the cut portion from falling off and to avoid thermal runaway due to an internal short circuit.
本発明の第4の発明においては、正極板、負極板、セパレータの積層体または巻回体からなる電極群を非水電解質とともにケース内に封入してなる非水系二次電池において、正極板および負極板として請求項1記載の電極板を用いたことにより、内部短絡による熱暴走を回避することが可能である。
According to a fourth aspect of the present invention, in a non-aqueous secondary battery in which an electrode group consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator laminate or a wound body is enclosed in a case together with a non-aqueous electrolyte, By using the electrode plate according to
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。例えば、図4に示されるように本発明の非水系二次電池では、複合リチウム酸化物を活物質とする正極板16とリチウムを保持しうる材料を活物質とする負極板17とをセパレータ18を介して渦巻状に巻回した電極群22を作製した後、この電極群22を有底円筒形の電池ケース19の内部に絶縁板25と共に収容し、電極群22の下部より導出した負極リード24を電池ケース19の底部に接続し、次いで電極群22の上部より導出した正極リード23を封口板20に接続し、電池ケース19に所定量の非水溶媒からなる電解液(図示せず)を注液した後、電池ケース19の開口部に封口ガスケット21を周縁に取付けた封口板20を挿入し、電池ケース19の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. For example, as shown in FIG. 4, in the non-aqueous secondary battery of the present invention, a
また、非水系二次電池用の電極群22は、例えば図2に示したように正極集電体1の両面に正極合剤層2a,2bを形成した正極板3および負極集電体4の両面に負極合剤層5a,5bを形成した負極板6とセパレータ7により構成されている。例えば、図3(a)に示したように未切断の正極板8が水平ロール15を経由して、切断上刃11と切断下刃12に挿入され、切断上刃11と切断下刃12で切断した後、正極板9と正極板10は、出口角度θ3および出口角度θ4に設置した出口ロール13と出口ロール14を経由してフープ状に巻き取られる。
Further, the
正極板8を切断上刃11、切断下刃12に対して水平方向に挿入した場合、正極板8と切断下刃12の屈曲角θ1および正極板8と切断上刃11の屈曲角θ2を各々175°以上とすることにより、切断時の極板屈曲を抑制でき、また、出口角度θ3と出口角度θ4を各々10°以上にすることにより、切断後の正極板9と正極板10の切断部同士の接触を防ぐことが可能となる。このとき、例えば図1(a),(b)に示すように正極集電体1の両面に正極合剤層2a,2bを形成した正極板3と負極極集電体4の両面に負極合剤層5a,5bを形成した負極板6において、正極集電体1と正極合剤層2a,2bの剥がれと負極集電体4と負極合剤層5a,5bの剥がれが抑制できるが、図3(a)に示すように、切断時の電極板の屈折角が大きいことと、切断後に切断部同士の接触を防ぐことにより電極合剤層と集電体の剥離強度が維持されていることが電極合剤層の剥がれを抑制できる理由と考えられる。
When the
例えば、図3(b)に示したように未切断の正極板8が水平ロール15を経由して、切断上刃11と切断下刃12に挿入され、切断上刃11と切断下刃12で切断した後、正極板9と正極板10は、出口角度θ5および出口角度θ6に設置した出口ロール13と出口ロール14を経由してフープ状に巻き取られる。正極板8を水平方向に挿入した場合、正極板8と切断下刃12の屈曲角θ1および正極板8と切断上刃11の屈曲角θ2は各々175°以上とすることにより、切断時の極板の屈曲を抑制できるが、出口角度θ5と出口角度θ6は各々10°未満にすることにより、切断後の正極板9と正極板10の切断部同士が接触する。
For example, as shown in FIG. 3B, the uncut
このとき、例えば図5(a),(b)に示すように正極集電体1の両面に正極合剤層2a,2bを形成した正極板3と負極極集電体4の両面に負極合剤層5a,5bを形成した負極板6において、正極集電体1と正極合剤層2a,2bの剥がれと負極集電体4と負極合剤層5a,5bの剥がれが発生しやすいが、図3(b)に示すように、切断時の電極板の屈折角が小さいことと、切断後に切断部同士が接触することにより電極合剤層と集電体
の剥離強度が低下したことが電極合剤層の剥がれが発生しやすい理由と考えられる。
At this time, for example, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the negative electrode composite is formed on both surfaces of the
例えば、図3(c)に示したように未切断の正極板8が切断上刃11と切断下刃12の噛み合わせ高さより下(または上)方向から挿入され、切断上刃11と切断下刃12で切断した後の正極板9と正極板10は、出口角度θ3および出口角度θ4に設置した出口ロール13と出口ロール14を経由してフープ状に巻き取られる。
For example, as shown in FIG. 3C, the uncut
正極板8を切断上刃11と切断下刃12の噛み合わせ高さより下(または上)方向から挿入した場合、未切断の正極板8は切断下刃12に対して接線方向に沿うため、屈曲角θ7は180°となり、切断後の正極板9は活物質の剥がれが発生しないが、図3(c)に示すように、切断時の電極板の屈折角が大きいことにより電極合剤層と集電体の剥離強度が維持されていることが電極合剤層の剥がれを抑制できる理由と考えられる。
When the
一方、正極板8が切断上刃11で切断される場合、未切断の正極板8は切断上刃11に対して屈曲角θ8が170°未満となり、切断後の正極板9は活物質の剥がれが発生しやすいが、図3(c)に示すように、切断後に切断部同士が接触することにより電極合剤層と集電体の剥離強度が低下したことが電極合剤層の剥がれが発生しやすい理由と考えられる。
On the other hand, when the
次に、例えば、図6(a),(b),(c),(d)および(e)は、切断上刃26と切断下刃27が正極集電体28の両面に正極合剤層29a,29bを形成した正極板30に入り込みながら切断される過程について示した。図6は、電極板の切断過程を示す電極板の断面図を示す。図6(a)は切断上刃26と切断下刃27が正極板30に入り込む前の状態であり、正極集電体28と正極合剤層29a,29bに変化はない。図6(b)は切断上刃26と切断下刃27が正極板30に入り込んだ初期状態であり、前記正極板30の正極集電体28および正極合剤層29a,29bがせん断により変形を始めた状態である。
Next, for example, FIGS. 6A, 6 </ b> B, 6 </ b> C, 6 </ b> D, and 6 </ b> E show that the
図6(c)は切断上刃26と切断下刃27がさらに近づくことにより、正極板33と正極板36に分離された状態であるが、正極板33は集電体31と正極合剤層32aおよび正極合剤層32bからなる切断後の状態を示し、正極板36は集電体34と正極合剤層35aおよび正極合剤層35bからなる切断後の状態を示す。この段階で正極板33と正極板36の2つの正極板に分離されたことになるが、正極板33の切断面と正極板36の切断面はお互い接触した状態である。
FIG. 6C shows a state in which the
図6(d)は切断上刃26と切断下刃27の頂点が噛み合ったときの、正極板33と正極板36の状態であるが、正極板33は集電体31と正極合剤層32aおよび正極合剤層32bからなる切断後の状態を示し、正極板36は集電体34と正極合剤層35aおよび正極合剤層35bからなる切断後の状態を示すが、この段階で正極板33の切断面と正極板36の切断面が完全に分離される。また、図6(e)は切断上刃26と切断下刃27を通過したときの正極板33と正極板36の状態を示すが、この段階も図6(d)と同様、正極板33の切断面と正極板36の切断面が完全に分離される。
FIG. 6D shows a state of the positive electrode plate 33 and the positive electrode plate 36 when the apexes of the
例えば、図7は電極板切断装置を示すが、電極板ロール37から巻出された電極板38は、水平ロール39を通過したのち切断上刃40a,40b,40cと切断下刃41a,41bで所定の切断寸法、所定の列数に切断される。切断寸法と列数は切断上刃および切断下刃の取付け数で切替えが可能である。切断後の電極板38は、電極板47aと電極板46a、電極板46aと電極板47b、電極板47bと電極板46b、電極板46bと電極板47cのように上下互い違いに分離される。 For example, FIG. 7 shows an electrode plate cutting device, but an electrode plate 38 unwound from an electrode plate roll 37 passes through a horizontal roll 39 and then is cut by upper cutting blades 40a, 40b, 40c and lower cutting blades 41a, 41b. It is cut into a predetermined cutting size and a predetermined number of rows. The cutting dimension and the number of rows can be switched by the number of cutting upper blades and cutting lower blades attached. The cut electrode plates 38 are separated in a staggered manner like an electrode plate 47a and an electrode plate 46a, an electrode plate 46a and an electrode plate 47b, an electrode plate 47b and an electrode plate 46b, and an electrode plate 46b and an electrode plate 47c.
このとき電極板46a,46bは上部走行出口ロール42とガイドロール44を経由して巻取られるが、上部走行出口ロール42は電極板46a,46bが水平に対して10°以上の角度になるように設置されており、一方、電極板47a,47b,47cは下部走行出口ロール43とガイドロール45を経由して巻取られるが、下部走行出口ロール43は電極板46a,46bが水平に対して10°以下の角度になるように設置されている。以上のように、切断時の電極板の屈折角を大きくすることと、切断後に切断部同士の接触を防ぐことにより電極合剤層と集電体の剥離強度が維持されていることが電極合剤層の剥がれを抑制できると考えられる。 At this time, the electrode plates 46a and 46b are wound up via the upper traveling outlet roll 42 and the guide roll 44, but the upper traveling outlet roll 42 has the electrode plates 46a and 46b at an angle of 10 ° or more with respect to the horizontal. On the other hand, the electrode plates 47a, 47b and 47c are wound up via the lower traveling outlet roll 43 and the guide roll 45, but the lower traveling outlet roll 43 has the electrode plates 46a and 46b horizontally It is installed at an angle of 10 ° or less. As described above, it is necessary to maintain the peel strength between the electrode mixture layer and the current collector by increasing the refraction angle of the electrode plate at the time of cutting and preventing contact between the cut portions after cutting. It is thought that peeling of the agent layer can be suppressed.
次に、正極板3および負極板6の作製方法について具体的に説明する。まず正極板3については特に限定されないが、アルミニウムまたはアルミニウム合金あるいはニッケルまたはニッケル合金よりなる焼結金属体を用いることができ、厚みが10μm以上40μm以下、気孔率が20%以上60%以下、気孔径が1μm以上5μm以下である正極集電体1の片面または両面に正極活物質、導電材、結着剤とを分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた正極合剤塗料を塗布、乾燥、圧延して正極合剤層を形成することにより作製される。
Next, a method for producing the
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体(コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど)、ニッケル酸リチウムおよびその変性体(一部ニッケルをコバルト置換させたものなど)、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。 Examples of the positive electrode active material include lithium cobaltate and modified products thereof (such as lithium cobaltate in which aluminum or magnesium is dissolved), lithium nickelate and modified products thereof (such as nickel partially substituted with cobalt). And composite oxides such as lithium manganate and modified products thereof.
このときの導電材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて用いても良い。 As the conductive material at this time, for example, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black, and various graphites may be used alone or in combination.
このときの正極用結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリレート単位を有するゴム粒子結着剤等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着剤中に混入させることも可能である。 As the binder for the positive electrode at this time, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), a modified polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE), a rubber particle binder having an acrylate unit, and the like can be used. At this time, an acrylate monomer or an acrylate oligomer into which a reactive functional group is introduced can be mixed in the binder.
一方、負極板6についても特に限定されないが、銅または銅合金よりなる焼結金属体を用いることができ、厚みが10μm以上40μm以下、気孔率が20%以上60%以下、気孔径が1μm以上5μm以下である負極集電体4の片面または両面に負極活物質、結着剤、必要に応じて導電材、増粘剤とを分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた負極の合剤塗料を塗布、乾燥、圧延して負極合剤層を形成することにより作製される。
On the other hand, the
負極用活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料および各種合金組成材料を用いることができる。 As the negative electrode active material, various natural graphites, artificial graphite, silicon-based composite materials such as silicide, and various alloy composition materials can be used.
このときの負極用結着剤としてはPVdFおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子(SBR)およびその変性体等を用いることもできる。 Various binders such as PVdF and modified products thereof can be used as the negative electrode binder at this time. From the viewpoint of improving lithium ion acceptability, styrene-butadiene copolymer rubber particles (SBR) and modified products thereof are used. Etc. can also be used.
次いで、セパレータについてはリチウムイオン二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムを、単一あるいは複合して用いるのが一般的でありまた態様として好ましい。このセパレータの厚みは特に限定されないが、10〜25μmとすれば良い。 Next, the separator is not particularly limited as long as it has a composition that can withstand the use range of the lithium ion secondary battery, but a microporous film of an olefin resin such as polyethylene or polypropylene is generally used singly or in combination. And preferred as an embodiment. The thickness of the separator is not particularly limited, but may be 10 to 25 μm.
さらに、電解液については、電解質塩としてLiPF6およびLiBF4などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)を単独および組み合わせて用いることができる。 Moreover, for the electrolytic solution, it is possible to use various lithium compounds such as LiPF 6 and LiBF 4 as an electrolyte salt. Further, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate (MEC) can be used alone or in combination as a solvent.
また正負極板上に良好な皮膜を形成させる、あるいは過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート(VC)やシクロヘキシルベンゼン(CHB)およびその変性体を用いることも好ましい。以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。 It is also preferable to use vinylene carbonate (VC), cyclohexylbenzene (CHB), or a modified product thereof in order to form a good film on the positive and negative electrode plates or to ensure stability during overcharge. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
正極合剤層の剥がれと内部短絡および電極群の巻きずれの関係を評価した結果を示す。評価方法は、電極群の製造装置(図示せず)を用いて巻回した電極群を製作し、短絡検査機(図示せず)を用いて内部短絡の発生頻度を評価し、X線検査機を用いて正極板と負極板の巻きずれを評価した。 The result of having evaluated the relationship between peeling of the positive electrode mixture layer, internal short circuit, and winding deviation of the electrode group is shown. The evaluation method is to produce a wound electrode group using an electrode group manufacturing apparatus (not shown), evaluate the occurrence frequency of internal short circuit using a short circuit inspection machine (not shown), and X-ray inspection machine Was used to evaluate the winding deviation between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
内部短絡の評価判定基準としは、電極群に電圧200ボルトを通電し、電圧降下量が設定基準値より小さい場合を良品、大きい場合を不良品とした。また、X線検査機の評価判定基準としは、正極板より幅の広い負極板の位置を基準とし、正極板が負極板の幅の中にあれば良品、はみ出れば不良品とした。検査数は100個とした。実施例1は正極合剤層の剥がれの長さBを正極合剤層の厚みAより小さい正極板を使用した。 As a criterion for evaluating the internal short circuit, a voltage of 200 volts was applied to the electrode group, and when the voltage drop amount was smaller than the set reference value, a non-defective product was designated. In addition, as the evaluation criteria of the X-ray inspection machine, the position of the negative electrode plate wider than the positive electrode plate was used as a reference, and if the positive electrode plate was within the width of the negative electrode plate, it was judged as a non-defective product. The number of inspections was 100. In Example 1, a positive electrode plate in which the length B of peeling of the positive electrode mixture layer was smaller than the thickness A of the positive electrode mixture layer was used.
(比較例1)
実施例1と同じ評価方法で、正極合剤層の剥がれの長さBを正極合剤層の厚みAより大きい正極板を使用したものを比較例1とした。
(Comparative Example 1)
The same evaluation method as in Example 1 was used, and Comparative Example 1 was obtained using a positive electrode plate in which the length B of peeling of the positive electrode mixture layer was larger than the thickness A of the positive electrode mixture layer.
実施例1の結果では、内部短絡不良の発生は無く、巻きずれ不良は1%発生したのに対して、比較例1では内部短絡不良が15%、巻きずれ不良は8%発生した。以上の結果から、正極合剤層の剥がれの長さが合剤層の厚み以下であれば内部短絡は防止でき、巻きずれの抑制も可能であることがわかる。また、合剤の剥がれ長さが大きくなるにつれて、内部短絡不良、巻きずれ不良も増加する傾向にあると考えられるので、電極合剤層の剥がれの長さを低減させる取組みが必要となる。 In the result of Example 1, there was no occurrence of an internal short circuit failure and 1% of winding failure occurred, whereas in Comparative Example 1, 15% of internal short circuit failure and 8% of winding failure occurred. From the above results, it can be seen that if the length of peeling of the positive electrode mixture layer is equal to or less than the thickness of the mixture layer, an internal short circuit can be prevented and winding deviation can be suppressed. Further, it is considered that the internal short-circuit failure and the winding deviation failure tend to increase as the mixture peeling length increases, so an approach to reduce the length of the electrode mixture layer peeling is required.
まず、切断刃入口の屈曲角θ1を変化させることで、切断後の正極板20における電極合剤層の剥がれ箇所と電極合剤層の脱落および群電極群構成時における電極合剤層の脱落を評価した結果を示す。評価用の装置は、図3(a)に示すように正極板19を切断上刃22と切断下刃23で切断する装置を用い、評価用の正極板20は、長さ200mmのものを使用した。正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1を175°に設定して切断したものを実施例1の正極板とした。
First, by changing the bending angle θ1 at the cutting blade inlet, the electrode mixture layer peels off the electrode mixture layer in the
実施例2と同じ切断方法を用いて、正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1を180°に
設定したものを実施例3とした。
Using the same cutting method as in Example 2, the bending angle θ1 at the cutting blade inlet of the
(比較例2)
実施例2と同じ切断方法を用いて、正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1を170°に設定したものを比較例2とした。
(Comparative Example 2)
The same cutting method as in Example 2 was used, and Comparative Example 2 was obtained by setting the bending angle θ1 of the cutting blade inlet of the
実施例2の結果では、正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1を175°にした場合、電極合剤層の剥がれは2箇所発生したが、切断後の電極合剤層の脱落は無く、電極群構成後の電極合剤層の脱落も無かった。また、実施例3の結果では、切断刃入口の屈曲角θ1を180°にした場合、電極合剤層の剥がれは1箇所発生したが、切断後の電極合剤層の脱落は無く、電極群構成後の電極合剤層の脱落も無かった。
In the result of Example 2, when the bending angle θ1 of the cutting blade inlet of the
一方切断刃入口の屈曲角θ1を170°にした場合、電極合剤層の剥がれは47箇所発生し、切断後の電極合剤層の脱落と電極群構成後の電極合剤層の脱落も有った。電極合剤層の剥がれ箇所が多い場合に切断後および電極群構成後の電極合剤層の脱落が発生することがわかる。比較例2に示す電極合剤層の脱落の原因としては、正極板19が切断後に切断下刃23に沿って走行するが、切断下刃23で分離した瞬間に正極板19が折り曲げられ、その屈曲角θ1が大きい場合に電極合剤層が脱落すると考えられる。
On the other hand, when the bending angle θ1 at the cutting blade entrance is set to 170 °, the electrode mixture layer is peeled off at 47 locations, and the electrode mixture layer is dropped after cutting and the electrode mixture layer is dropped after the electrode group is configured. It was. It can be seen that when the electrode mixture layer is peeled off many times, the electrode mixture layer falls off after cutting and after the electrode group structure. As a cause of the dropping of the electrode mixture layer shown in Comparative Example 2, the
以上の結果から、正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1およびθ2は175°以上が電極合剤層の脱落対策として良好であると言える。
From the above results, it can be said that the bending angles θ1 and θ2 at the entrance of the cutting blade of the
次に、切断後の正極板20の出口角度θ3を変化させることで、切断後の正極板20における電極合剤層の剥がれ箇所と電極合剤層の脱落および電極群構成時における電極合剤層の脱落を評価した結果を示す。
Next, by changing the exit angle θ3 of the
評価用の装置は、図3(a)に示すように正極板19を切断上刃22と切断下刃23で切断する装置を用い、評価用の正極板20は、長さ200mmのものを使用した。実施例1の結果から、正極板19の切断刃入口の屈曲角θ1は175°に設定した。正極板19の切断刃入口の屈曲角θ3を10°に設定したものを実施例4とした。
As shown in FIG. 3A, the evaluation apparatus uses an apparatus that cuts the
実施例4と同じ切断方法を用いて、切断後の正極板20の出口角度θ3を15°に設定したものを実施例5とした。
Using the same cutting method as in Example 4, the outlet angle θ3 of the
(比較例3)
実施例4と同じ切断方法を用いて、切断後の正極板20の出口角度θ3を5°に設定したものを比較例3とした。
(Comparative Example 3)
Using the same cutting method as in Example 4, the outlet angle θ3 of the
実施例4の結果では、切断後の正極板20の出口角度θ3を10°にした場合、電極合剤層の剥がれは3箇所発生したが、切断後の電極合剤層の脱落は無く、電極群構成後の電極合剤層の脱落も無かった。また、実施例5の結果では、切断刃入口の屈曲角θ3を15°にした場合、電極合剤層の剥がれは3箇所発生したが、切断後の電極合剤層の脱落は無く、電極群構成後の電極合剤層の脱落も無かった。
In the result of Example 4, when the exit angle θ3 of the
一方切断刃入口の屈曲角θ3を5°にした場合、電極合剤層の剥がれは21箇所発生し、切断後の電極合剤層の脱落と電極群構成後の電極合剤層の脱落も有った。電極合剤層の剥がれ箇所が多い場合に切断後および電極群構成後の電極合剤層の脱落が発生することがわかる。 On the other hand, when the bending angle θ3 at the cutting blade entrance is 5 °, the electrode mixture layer is peeled off at 21 locations, and the electrode mixture layer is dropped after cutting and the electrode mixture layer is dropped after the electrode group is configured. It was. It can be seen that when the electrode mixture layer is peeled off many times, the electrode mixture layer falls off after cutting and after the electrode group structure.
比較例3に示す電極合剤層の脱落の原因としては、出口角度θ3切断後の正極板20と正極板21の切断部同士が接触するためであって、その出口角度θ3が小さい場合に切断部同士が接触しやすくなるために電極合剤層が脱落すると考えられる。
The cause of the drop of the electrode mixture layer shown in Comparative Example 3 is that the cut portions of the
以上の結果から、切断後の正極板20の出口角度θ3およびθ4は10°以上が電極合剤層の脱落対策として良好であると言える。本実験結果から、電極合剤層の脱落を抑制するためには、切断刃入口の屈曲角と切断後の出口角度の両方を規制することが好ましい。
From the above results, it can be said that 10 ° or more of the exit angles θ3 and θ4 of the
本発明に係る非水系二次電池用電極板は、少なくともリチウム含有複合酸化物よりなる活物質、導電材および結着剤を分散媒にて混練分散した正極合剤塗料を正極集電体の上に塗布し乾燥させて正極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした正極板または少なくともリチウムを保持しうる材料よりなる活物質および結着剤を分散媒にて混練分散した負極合剤塗料を負極集電体上に塗布し乾燥させて負極合剤層を形成し所定の厚みまでプレスした負極板を所定の寸法に切断して構成した非水系二次電池用電極板であって、正極板または負極板の長手方向における正極集電体からの正極合剤層の切断面からの剥がれまたは負極集電体からの負極合剤層の切断面からの剥がれの長さを正極合剤層または負極合剤層の厚み以下としたことにより、内部短絡による熱暴走を回避でき、安全性に優れているため電子機器および通信機器の多機能化に伴って高容量化が望まれている携帯用電源等として有用である。 The electrode plate for a non-aqueous secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode mixture paint obtained by kneading and dispersing at least an active material comprising a lithium-containing composite oxide, a conductive material, and a binder in a dispersion medium. A positive electrode plate formed by forming a positive electrode mixture layer and drying to a predetermined thickness, or a negative electrode mixture paint prepared by kneading and dispersing an active material and a binder composed of a material capable of holding at least lithium in a dispersion medium An electrode plate for a non-aqueous secondary battery comprising a negative electrode plate formed on a negative electrode current collector, dried to form a negative electrode mixture layer and pressed to a predetermined thickness, and cut to a predetermined dimension. The length of the peeling from the cut surface of the positive electrode mixture layer from the positive electrode current collector in the longitudinal direction of the plate or the negative electrode plate or the length of the peeling from the cut surface of the negative electrode mixture layer from the negative electrode current collector By making it below the thickness of the negative electrode mixture layer, Can avoid thermal runaway due to fault, it is excellent for use in safety with the multi-functionality of electronic devices and communication devices useful as a portable power source such as a high capacity is desired.
1 正極集電体
2a,2b 正極合剤層
3 正極板
4 負極集電体
5a,5b 負極合剤層
6 負極板
7 セパレータ
8 正極板
9 正極板
10 正極板
11 切断上刃
12 切断下刃
13 出口ロール
14 出口ロール
15 水平ロール
16 正極板
17 負極板
18 セパレータ
19 電池ケース
20 封口板
21 封口ガスケット
22 電極群
23 正極リード
24 負極リード
25 絶縁板
26 切断上刃
27 切断下刃
28 正極集電体
29a,29b 正極合剤層
30 正極板
31 集電体
32a,32b 正極合剤層
33 正極板
34 集電体
35a,35b 正極合剤層
36正極板
37 電極板ロール
38 電極板
39 水平ロール
40a,40b,40c 切断上刃
41a,41b 切断下刃
42 上部走行出口ロール
43 下部走行出口ロール
44 ガイドロール
45 ガイドロール
46a,46b 電極板
47a,47b,47c 電極板
A 正極合剤層の厚み
B 正極合剤層の剥がれの長さ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008016128A JP2009176650A (en) | 2008-01-28 | 2008-01-28 | Electrode plate for nonaqueous secondary battery, nonaqueous secondary battery using the same, and its manufacturing method |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013254595A (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-19 | Hirano Tecseed Co Ltd | Device and method for manufacturing web |
WO2023210139A1 (en) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | 日立造船株式会社 | Solid state battery manufacturing method and solid state battery manufacturing device |
-
2008
- 2008-01-28 JP JP2008016128A patent/JP2009176650A/en active Pending
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WO2023210139A1 (en) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | 日立造船株式会社 | Solid state battery manufacturing method and solid state battery manufacturing device |
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