JP2009211956A - Lithium-ion battery - Google Patents

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裕司 山崎
Shinobu Okayama
忍 岡山
Hideki Hagiwara
英輝 萩原
Kazuhisa Matsuda
和久 松田
Yoshiyuki Ryogoku
義幸 両國
Masanori Watanabe
正規 渡邉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium-ion battery in which durability with respect to high-rate discharge is improved effectively. <P>SOLUTION: The lithium ion battery 10 is equipped with a wound electrode body 30, and positive and negative electrode terminals are connected respectively to one end and the other end of its winding direction. An electrolytic solution holding amount per unit volume of a wound core part 31, wound by superimposing an active material layer of positive, and negative electrode sheets out of the electrode body 30 and a separator is constituted to become more in the center part 312 of a winding axial direction than on one-end side (positive electrode terminal side) 313 and on the other-end side (negative electrode terminal side) 311. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はリチウムイオン電池に関し、詳しくは、ハイレート放電の繰り返しに対する耐久性が高められたリチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion battery, and more particularly to a lithium ion battery with improved durability against repeated high-rate discharge.

正極と負極との間をリチウムイオンが行き来することによって充電および放電するリチウムイオン電池は、軽量で高出力が得られることから、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末の電源等として今後益々の需要増大が見込まれている。リチウムイオン電池に関する従来技術文献として例えば特許文献1が挙げられる。
特開2002−231316号公報
Lithium ion batteries that are charged and discharged by the movement of lithium ions between the positive electrode and the negative electrode are lightweight and can provide high output. An increase is expected. For example, Patent Document 1 is cited as a prior art document regarding a lithium ion battery.
JP 2002-231316 A

ところで、リチウムイオン電池の用途のなかには、ハイレートでの放電(急速放電)を繰り返す態様で使用されることが想定されるものがある。車両の動力源として用いられるリチウムイオン電池(例えば、動力源としてリチウムイオン電池と内燃機関等のように作動原理の異なる他の動力源とを併用するハイブリッド車両に搭載されるリチウムイオン電池)は、このような使用態様が想定されるリチウムイオン電池の代表例である。しかし、従来の一般的なリチウムイオン電池は、ローレートでの充放電サイクルに対しては比較的高い耐久性を示すものであっても、ハイレート放電を繰り返す充放電パターンでは性能劣化(内部抵抗の上昇等)を起こしやすいことが知られていた。   By the way, some uses of lithium ion batteries are assumed to be used in a mode in which high-rate discharge (rapid discharge) is repeated. A lithium ion battery used as a power source for a vehicle (for example, a lithium ion battery mounted on a hybrid vehicle that uses a lithium ion battery and another power source having different operating principles such as an internal combustion engine as a power source) It is a typical example of a lithium ion battery in which such a use mode is assumed. However, even though conventional conventional lithium ion batteries exhibit relatively high durability against charge / discharge cycles at a low rate, performance degradation (increase in internal resistance) occurs in charge / discharge patterns that repeat high-rate discharge. Etc.).

特許文献1には、特定構造の炭素材料に導電材を添加した組成の負極と所定濃度の電解液とを用いることによって充放電サイクル経過による内部抵抗の上昇を抑える技術が記載されている。しかしながら、かかる技術によってもハイレート放電(例えば、車両動力源用のリチウムイオン電池等において求められるレベルの急速放電)を繰り返す充放電パターンに対する耐久性を十分に向上させることはできなかった。   Patent Document 1 describes a technique for suppressing an increase in internal resistance due to the progress of a charge / discharge cycle by using a negative electrode having a composition obtained by adding a conductive material to a carbon material having a specific structure and an electrolyte solution having a predetermined concentration. However, even with such a technique, it has not been possible to sufficiently improve the durability against a charge / discharge pattern that repeats high-rate discharge (for example, rapid discharge at a level required in a lithium ion battery for a vehicle power source).

そこで本発明は、ハイレート放電に対する耐久性がより効果的に改善されたリチウムイオン電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion battery in which durability against high rate discharge is more effectively improved.

本発明者は、捲回型の電極体を備える従来のリチウムイオン電池では、車両動力源用のリチウムイオン電池において想定されるようなハイレートで短時間(パルス状)の放電と充電とを連続して繰り返すと内部抵抗が顕著に上昇する、という特有の事象がみられることに着目した。そこで、かかるハイレートパルス放電の繰り返しがリチウムイオン電池に及ぼす影響を詳細に解析した。その結果、ハイレートパルス放電を繰り返したリチウムイオン電池では、捲回電極体に浸透した電解液のリチウム塩濃度に場所による偏りが生じること、より詳しくは、捲回電極体の軸方向中央部のリチウム塩濃度が両端部に比べて低くなる(初期状態に比べてリチウム塩濃度がより大きく低下する)ことを新たに見出した。このようなリチウム塩濃度(リチウムイオン濃度としても把握され得る。以下「Li濃度」と表記する。)の偏りが存在すると、Li濃度が相対的に低い部分では電池反応が相対的に遅くなることから、電池全体としてのハイレート放電性能が低下する。また、Li濃度の高い部分に電池反応が集中するため当該部分の劣化が促進される。これらの事象は、いずれもハイレート放電を繰り返す充放電パターン(ハイレート充放電サイクル)に対するリチウムイオン電池の耐久性を低下させる(性能を劣化させる)要因となり得る。   In the conventional lithium ion battery having a wound electrode body, the present inventor continuously discharges and charges at a high rate for a short time (pulse form) as expected in a lithium ion battery for a vehicle power source. We noticed that there was a unique phenomenon that the internal resistance markedly increased when repeated. Therefore, the effect of repetition of such high-rate pulse discharge on the lithium ion battery was analyzed in detail. As a result, in a lithium ion battery that repeats high-rate pulse discharge, the concentration of lithium salt in the electrolyte that has permeated the wound electrode body varies depending on the location. More specifically, the lithium in the central portion in the axial direction of the wound electrode body It was newly found that the salt concentration is lower than both ends (the lithium salt concentration is greatly reduced compared to the initial state). If there is such a bias in the lithium salt concentration (which can also be grasped as the lithium ion concentration; hereinafter referred to as “Li concentration”), the battery reaction becomes relatively slow in the portion where the Li concentration is relatively low. Therefore, the high-rate discharge performance as the whole battery is lowered. Further, since the battery reaction concentrates on the portion where the Li concentration is high, the deterioration of the portion is promoted. Any of these events can be a factor of reducing the durability (degrading the performance) of the lithium ion battery against a charge / discharge pattern (high rate charge / discharge cycle) that repeats a high rate discharge.

本発明は、かかる知見に基づいて、上記Li濃度の偏り(ムラ)を解消または緩和する対策を講ずるという新たなアプローチによってハイレート充放電サイクルに対するリチウムイオン電池の耐久性を向上させるものである。   Based on this knowledge, the present invention improves the durability of a lithium ion battery against high-rate charge / discharge cycles by a new approach of eliminating or mitigating the unevenness (unevenness) of the Li concentration.

本発明により提供されるリチウムイオン電池は、長尺シート状の集電体上に活物質層を有する正負の電極シートが長尺シート状のセパレータを介して長手方向に捲回された捲回電極体と電解液とが容器に収容された構成を有する。前記電極体の捲回軸方向の一端には正極端子が、他端には負極端子がそれぞれ接続されている。そして、前記電極体は、該電極体のうち前記正負の電極シートの活物質層と前記セパレータとが重なって捲回された捲回コア部の単位体積当たりの電解液保持量(以下、単に「電解液保持量」ということもある。)が、前記捲回軸方向の中央部では前記一端側(すなわち、電極体に正極端子が接続された側。以下「正極端子側」ということもある。)および前記他端側(すなわち、電極体に負極端子が接続された側。以下「負極端子側」ということもある。)よりも多くなるように構成されている。   The lithium ion battery provided by the present invention is a wound electrode in which a positive and negative electrode sheet having an active material layer on a long sheet-shaped current collector is wound in the longitudinal direction via a long sheet-shaped separator. The body and the electrolytic solution are housed in a container. A positive terminal is connected to one end of the electrode body in the winding axis direction, and a negative terminal is connected to the other end. The electrode body includes an electrolyte solution holding amount per unit volume of the wound core portion in which the active material layer of the positive and negative electrode sheets and the separator are wound in the electrode body (hereinafter simply referred to as “ Electrolytic solution holding amount ") may be referred to as the one end side (that is, the side where the positive electrode terminal is connected to the electrode body; hereinafter referred to as the" positive electrode terminal side "). ) And the other end side (that is, the side where the negative electrode terminal is connected to the electrode body; hereinafter, also referred to as the “negative electrode terminal side”).

上述のように、従来のリチウムイオン電池では、捲回コア部の軸方向中央部と両端部(一端側および他端側)とで、ハイレート充放電サイクルを与えたときのLi濃度の変動幅に差異があった。すなわち、両端部に比べて中央部ではLi濃度の変動(低下)幅が大きかった。上記構成を有する本発明のリチウムイオン電池によると、捲回コア部の中央部に両端部よりも多くの電解液を含ませておくことができる。換言すれば、両端部に比べて多くのリチウム塩(リチウムイオン)を中央部にストックしておくことができる。中央部にあるリチウム塩の絶対量が多くなれば、そのなかから所定量のリチウム塩が失われた場合におけるLi濃度の変動(低下)幅は小さくなる。したがって、本発明の構成によると、上記中央部におけるLi濃度の変動幅を小さくし、これにより中央部と両端部とのLi濃度変動幅の差異(ひいては該変動後におけるLi濃度の差異、すなわちLi濃度の偏り)を解消または緩和することができる。このことによってハイレート充放電サイクルに対するリチウムイオン電池の耐久性を向上させることができる。すなわち、上記構成のリチウムイオン電池によると、ハイレート放電を繰り返す使用態様においても電池性能の劣化(例えば内部抵抗の上昇)を抑制することができる。ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池は、ハイレート放電に対する耐久性が求められる用途その他の各種用途に好ましく使用され得る。特に、自動車等の車両(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両)の動力源としての用途に好適である。   As described above, in the conventional lithium ion battery, the fluctuation range of the Li concentration when the high-rate charge / discharge cycle is applied at the axially central portion and both end portions (one end side and the other end side) of the wound core portion. There was a difference. That is, the variation (decrease) in the Li concentration was larger in the center than at both ends. According to the lithium ion battery of the present invention having the above configuration, more electrolytic solution can be included in the central portion of the wound core portion than at both ends. In other words, more lithium salts (lithium ions) can be stocked in the center than at both ends. If the absolute amount of the lithium salt in the central portion increases, the variation (decrease) width of the Li concentration when a predetermined amount of the lithium salt is lost becomes small. Therefore, according to the configuration of the present invention, the fluctuation range of the Li concentration in the central portion is reduced, and thereby the difference in the Li concentration fluctuation width between the central portion and both ends (and thus the difference in Li concentration after the fluctuation, that is, the Li concentration). Concentration deviation) can be eliminated or alleviated. This can improve the durability of the lithium ion battery against high-rate charge / discharge cycles. That is, according to the lithium ion battery having the above-described configuration, deterioration of battery performance (for example, increase in internal resistance) can be suppressed even in a usage mode in which high-rate discharge is repeated. Any of the lithium ion batteries disclosed herein can be preferably used for applications that require durability against high-rate discharge and other various applications. In particular, it is suitable for use as a power source of a vehicle such as an automobile (typically, a hybrid vehicle or an electric vehicle).

ここに開示されるリチウムイオン電池では、上述のように捲回コア部中央部の電解液保持量が両端部よりも多くなるような種々の構成を、単独であるいは適宜組み合わせて採用することができる。   In the lithium ion battery disclosed herein, various configurations such that the amount of electrolytic solution retained in the central portion of the wound core portion is greater than that of both end portions as described above can be employed alone or in appropriate combination. .

例えば、前記正負の電極シートの少なくとも一方(例えば負極シート)として、該電極シートの有する活物質層の空隙率が、前記中央部(該電極シートのうち前記捲回コア部の中央部を構成する部分、すなわち活物質層の幅の中央部)では前記一端側(正極端子側)および前記他端側(負極端子側)の少なくとも一方よりも高くなるように構成されたものを採用することができる。中央部における活物質層の空隙率が前記一端側および前記他端側のいずれよりも高くなるように構成された電極シートであってもよい。かかる構成の電極シートを用いることにより、中央部の電解液保持量が両端部よりも多くなるように構成された捲回電極体および該電極体を備えるリチウムイオン電池を容易に実現することができる。したがって本発明は、他の側面として、捲回電極体を備えるリチウムイオン電池用の電極シート(典型的には負極シート)であって、長尺シート状の集電体上に活物質層を有し、上記活物質層の幅の中央部における空隙率が該活物質層の両端部よりも高くなるように構成されたリチウムイオン電池用電極シートを提供する。該電極シートは、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池の構成要素(部品)として好適に使用され得る。   For example, as at least one of the positive and negative electrode sheets (for example, the negative electrode sheet), the porosity of the active material layer of the electrode sheet constitutes the central portion (the central portion of the wound core portion of the electrode sheet). A portion configured to be higher than at least one of the one end side (positive electrode terminal side) and the other end side (negative electrode terminal side) can be employed in the portion, that is, the central portion of the width of the active material layer. . The electrode sheet may be configured such that the porosity of the active material layer in the central portion is higher than both the one end side and the other end side. By using the electrode sheet having such a configuration, it is possible to easily realize a wound electrode body configured such that the amount of electrolytic solution retained in the center portion is larger than that of both end portions and a lithium ion battery including the electrode body. . Therefore, the present invention provides, as another aspect, an electrode sheet (typically a negative electrode sheet) for a lithium ion battery having a wound electrode body, and having an active material layer on a long sheet-shaped current collector. And the electrode sheet for lithium ion batteries comprised so that the porosity in the center part of the width | variety of the said active material layer might become higher than the both ends of this active material layer is provided. The electrode sheet can be suitably used as a component (component) of any lithium ion battery disclosed herein.

また、前記セパレータとして、前記中央部における空隙率が前記一端側および前記他端側の少なくとも一方よりも高くなるように構成されたものを採用することができる。中央部の空隙率が前記一端側および前記他端側のいずれよりも高くなるように構成されたセパレータであってもよい。かかる構成のセパレータを用いることにより、中央部の電解液保持量が両端部よりも多くなるように構成された捲回電極体および該電極体を備えるリチウムイオン電池を容易に実現することができる。したがって本発明は、他の側面として、捲回電極体を備えるリチウムイオン電池用のセパレータであって、長尺シート状を呈し、その幅の中央部における空隙率が両端部よりも高くなるように構成されたリチウムイオン電池用セパレータを提供する。かかる構成のセパレータは、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池の構成要素(部品)として好適に使用され得る。   Moreover, what was comprised so that the porosity in the said center part may become higher as at least one of the said one end side and the said other end side as said separator can be employ | adopted. The separator comprised so that the porosity of the center part may become higher than any of the said one end side and the said other end side may be sufficient. By using the separator having such a configuration, it is possible to easily realize a wound electrode body that is configured such that the amount of electrolytic solution retained in the center portion is larger than that of both end portions, and a lithium ion battery including the electrode body. Therefore, the present invention provides, as another aspect, a separator for a lithium ion battery including a wound electrode body, which has a long sheet shape, and has a void ratio at the center portion of the width higher than both end portions. Provided is a lithium ion battery separator. The separator having such a configuration can be suitably used as a component (part) of any lithium ion battery disclosed herein.

ここに開示されるリチウムイオン電池の好ましい一態様では、前記セパレータは前記中央部の厚みが前記一端側および前記他端側の少なくとも一方(典型的には両方)よりも大きい。前記セパレータに対向する前記活物質層は、前記セパレータの厚み傾向とは逆に、前記中央部の厚みが前記一端側および前記他端側の少なくとも一方(典型的には両方)よりも小さい。そして、該セパレータの空隙率は、少なくとも前記中央部では(より好ましくは、前記捲回コア部の軸長全体に亘って)前記活物質層の空隙率よりも高い。   In a preferable aspect of the lithium ion battery disclosed herein, the separator has a thickness of the central portion larger than at least one (typically both) of the one end side and the other end side. Contrary to the thickness tendency of the separator, the thickness of the central portion of the active material layer facing the separator is smaller than at least one (typically both) of the one end side and the other end side. And the porosity of this separator is higher than the porosity of the said active material layer at least in the said center part (preferably over the whole axial length of the said winding core part).

上記厚み傾向の活物質層を有する電極シートおよびセパレータによると、前記中央部における電極体の断面(捲回軸に垂直な断面)に占めるセパレータの断面積Asと活物質層の断面積Aaとの比(As/Aa)が、前記一端側および前記他端側の少なくとも一方(典型的には両方)における断面に占める上記面積比よりも大きい電極体が好適に形成され得る。したがって、中央部の電解液保持量が両端部よりも多くなるように構成された捲回電極体および該電極体を備えるリチウムイオン電池を容易に実現することができる。また、一般に活物質はリチウムイオンの出入り(挿入脱離)に伴って多少なりとも膨張収縮し、これにより特にハイレート充放電サイクルにおいては活物質層から電解液を押し出す作用(ポンピング作用)が生じ得るところ、上記構成によると中央部における活物質層の厚みが小さい(すなわち活物質量が少ない)ので、該中央部では上記ポンピング作用を軽減することができる。したがって、電極体(捲回コア部)の中央部に両端部よりも多くの電解液が保持されていることと相俟って、ハイレート充放電サイクル等によって電極体中における電解液保持量が偏る(典型的には、中央部における電解液保持量が両端部よりも大きく低下する)事象を緩和または解消することができる。このことによって、ハイレート充放電サイクルに対する耐久性をより高めることができる。   According to the electrode sheet and separator having an active material layer having a thickness tendency, the cross-sectional area As of the separator and the cross-sectional area Aa of the active material layer occupy the cross-section of the electrode body (cross-section perpendicular to the winding axis) in the central portion. An electrode body in which the ratio (As / Aa) is larger than the above-described area ratio in the cross section of at least one of the one end side and the other end side (typically both) can be suitably formed. Therefore, it is possible to easily realize a wound electrode body that is configured such that the amount of electrolytic solution retained in the central portion is larger than that of both end portions, and a lithium ion battery including the electrode body. In general, the active material expands or contracts somewhat as lithium ions enter and exit (insertion / desorption), and this may cause an action of pushing out the electrolyte solution (pumping action) from the active material layer, particularly in a high-rate charge / discharge cycle. However, according to the above configuration, since the thickness of the active material layer in the central portion is small (that is, the amount of active material is small), the pumping action can be reduced in the central portion. Therefore, coupled with the fact that more electrolyte solution is held at the center of the electrode body (winding core portion) than at both ends, the amount of electrolyte solution retained in the electrode body is biased by high-rate charge / discharge cycles or the like. (Typically, the amount of electrolyte retained in the central portion is significantly lower than that at both ends) can be alleviated or eliminated. This can further enhance the durability against the high rate charge / discharge cycle.

ハイレート充放電サイクルを行ったときのLi濃度の変動幅は、典型的には捲回コア部の他端側(負極端子側)よりも一端側(正極端子側)のほうが大きい。ここに開示されるリチウムイオン電池の好ましい一態様では、前記捲回コア部の単位体積当たりの電解液保持量が、前記他端側よりも前記一端側のほうが多くなるように(すなわち、電解液保持量が負極端子側、正極端子側、中央部の順に多くなるように)構成されている。このことによってLi濃度の偏りをよりよく緩和することができる。上記構成を実現するために、例えば、活物質層の空隙率が負極端子側、正極端子側、中央部の順に大きくなっている電極シート(正極シートおよび/または負極シート)を好ましく採用することができる。また、空隙率が負極端子側、正極端子側、中央部の順に大きくなっているセパレータシートを用いてもよい。   The fluctuation range of the Li concentration when the high rate charge / discharge cycle is performed is typically larger on the one end side (positive electrode terminal side) than on the other end side (negative electrode terminal side) of the wound core portion. In a preferable aspect of the lithium ion battery disclosed herein, the amount of electrolyte solution retained per unit volume of the wound core portion is larger on the one end side than on the other end side (that is, the electrolyte solution). The holding amount increases in order of the negative electrode terminal side, the positive electrode terminal side, and the central portion). This can alleviate the unevenness of the Li concentration. In order to realize the above configuration, for example, it is preferable to employ an electrode sheet (positive electrode sheet and / or negative electrode sheet) in which the porosity of the active material layer increases in order of the negative electrode terminal side, the positive electrode terminal side, and the central portion. it can. Moreover, you may use the separator sheet from which the porosity becomes large in order of the negative electrode terminal side, the positive electrode terminal side, and the center part.

中央部の電解液保持量を両端部よりも多くする程度は、想定される使用態様や目標とする耐久性等を考慮して適宜設定することができる。一例として、前記他端側の単位体積当たりの電解液保持量を1として、前記中央部の電解液保持量が凡そ1.1〜2となるような構成を好ましく採用し得る。かかる構成は、例えば前記捲回コア部を互いの軸長が同等となるように前記一端側と前記中央部と前記他端側との三つの部分に分けたとき、それら各部分の軸長の中央における電解質保持量が、前記他端側部分の電解液保持量を1として、前記中央部分の電解液保持量が凡そ1.1〜2となるような構成であり得る。   The extent to which the amount of electrolyte solution retained in the central portion is larger than that at both end portions can be appropriately set in consideration of the assumed usage mode, target durability, and the like. As an example, a configuration in which the electrolyte holding amount per unit volume on the other end side is 1 and the electrolyte holding amount in the central portion is approximately 1.1 to 2 can be preferably adopted. For example, when the winding core part is divided into three parts of the one end side, the central part, and the other end side so that the axial lengths are equal to each other, the axial lengths of the respective parts are The electrolyte retention amount at the center may be configured such that the electrolyte retention amount at the other end portion is 1, and the electrolyte retention amount at the central portion is approximately 1.1-2.

他の一例として、前記他端側の単位体積当たりの電解液保持量を1として、前記一端側の電解液保持量が凡そ1〜1.5となるような構成を好ましく採用することができる。かかる構成は、例えば前記捲回コア部を互いの軸長が同等となるように前記一端側と前記中央部と前記他端側との三つの部分に分けたとき、それら各部分の軸長の中央における電解質保持量が、前記他端側部分の電解液保持量を1として、前記一端側部分の電解液保持量が凡そ1〜1.5となるような構成であり得る。   As another example, it is possible to preferably employ a configuration in which the electrolyte solution holding amount per unit volume on the other end side is 1, and the electrolyte solution holding amount on the one end side is approximately 1 to 1.5. For example, when the winding core part is divided into three parts of the one end side, the central part, and the other end side so that the axial lengths are equal to each other, the axial lengths of the respective parts are The electrolyte retention amount at the center may be configured such that the electrolyte retention amount at the other end side is 1, and the electrolyte retention amount at the one end portion is approximately 1 to 1.5.

ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池は、車両に搭載される電池として適した性能(例えば軽量で高出力が得られること)を備え、特にハイレート充放電に対する耐久性に優れたものであり得る。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池を備えた車両が提供される。特に、該リチウムイオン電池を動力源(典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源)として備える車両(例えば自動車)が好ましい。   Any of the lithium ion batteries disclosed herein has performance suitable as a battery mounted on a vehicle (for example, light weight and high output can be obtained), and is particularly excellent in durability against high-rate charge / discharge. obtain. Therefore, according to this invention, the vehicle provided with one of the lithium ion batteries disclosed here is provided. In particular, a vehicle (for example, an automobile) including the lithium ion battery as a power source (typically, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle) is preferable.

ここに開示される技術の好ましい適用対象として、50A以上(例えば50A〜250A)、さらには100A以上(例えば100A〜200A)のハイレート放電を含む充放電サイクルで使用され得ることが想定されるリチウムイオン電池;理論容量が1Ah以上(さらには3Ah以上)の大容量タイプであって10C以上(例えば10C〜50C)さらには20C以上(例えば20C〜40C)のハイレート放電を含む充放電サイクルで使用されることが想定されるリチウムイオン電池;等が例示される。   As a preferable application object of the technology disclosed herein, lithium ions that can be used in a charge / discharge cycle including a high-rate discharge of 50 A or more (for example, 50 A to 250 A), or even 100 A or more (for example, 100 A to 200 A). Batteries: Large capacity type with a theoretical capacity of 1 Ah or more (and 3 Ah or more), and used in a charge / discharge cycle including high-rate discharge of 10 C or more (for example, 10 C to 50 C) or 20 C or more (for example, 20 C to 40 C). Examples are lithium ion batteries that are assumed to be used.

また、ここに開示される技術の好ましい適用対象として、電極体を捲回軸の側方からみたときに、捲回コア部の投影面のサイズが捲回軸方向(図3の横方向)について5cm以上(典型的には5cm〜25cm、例えば7cm〜20cm)であるリチウムイオン電池が挙げられる。このように捲回コア部の軸長が比較的長い(大型の)リチウムイオン電池では、従来の構成によってはハイレート充放電に起因するLi濃度の偏りが生じやすいことから、本発明を適用することが特に有益である。   Further, as a preferable application target of the technology disclosed herein, when the electrode body is viewed from the side of the winding axis, the size of the projection surface of the winding core portion is about the winding axis direction (lateral direction in FIG. 3). A lithium ion battery having a size of 5 cm or more (typically 5 cm to 25 cm, for example, 7 cm to 20 cm) can be given. In this way, in a lithium ion battery having a relatively long (large) axial length of the wound core portion, the Li concentration is likely to be biased due to high-rate charge / discharge depending on the conventional configuration. Therefore, the present invention is applied. Is particularly beneficial.

また、ここに開示される技術は、正負の電極シートとセパレータとが扁平に捲回された電極体を備えるリチウムイオン電池に好ましく適用され得る。例えば、上記扁平面の法線方向から(捲回軸の横方向)からみて、捲回コア部の投影面のサイズが捲回軸方向について5cm以上(典型的には5cm〜25cm、例えば7cm〜20cm)であり、且つ高さ方向(図3の縦方向)について5cm以上(典型的には5cm〜25cm、例えば7cm〜20cm)であるリチウムイオン電池に好ましく適用され得る。このように捲回コア部の軸長が比較的長く且つ高さの大きい(大型の)リチウムイオン電池では、従来の構成によってはハイレート充放電に起因するLi濃度の偏りが生じやすいことから、本発明を適用することが特に有益である。   The technology disclosed herein can be preferably applied to a lithium ion battery including an electrode body in which positive and negative electrode sheets and a separator are wound flatly. For example, when viewed from the normal direction of the flat surface (lateral direction of the winding axis), the size of the projection surface of the winding core portion is 5 cm or more (typically 5 cm to 25 cm, for example, 7 cm to 7 cm). 20 cm) and 5 cm or more (typically 5 cm to 25 cm, for example, 7 cm to 20 cm) in the height direction (vertical direction in FIG. 3). In this way, in the lithium ion battery having a relatively long axial length of the wound core portion and a large height (large size), a bias of Li concentration due to high-rate charge / discharge tends to occur depending on the conventional configuration. It is particularly beneficial to apply the invention.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

本発明に係るリチウムイオン電池は、特に自動車等の車両に搭載されるモータ(電動機)用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、例えば図7に模式的に示すように、かかる電池10(当該電池10を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。)を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車等のように電動機を備える自動車)1を提供する。   The lithium ion battery according to the present invention can be suitably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Therefore, for example, as schematically shown in FIG. 7, the present invention is a vehicle (typically a battery that includes such a battery 10 (which may be in the form of an assembled battery formed by connecting a plurality of such batteries 10 in series) as a power source. In particular, an automobile (in particular, a car equipped with an electric motor such as a hybrid car or an electric car) 1 is provided.

特に限定することを意図したものではないが、以下では扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と非水電解液とを扁平な箱型(直方体形状)の容器に収容した形態のリチウムイオン電池を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。   Although it is not intended to be particularly limited, in the following, a flatly wound electrode body (wound electrode body) and a nonaqueous electrolyte solution are accommodated in a flat box-shaped (cuboid shape) container. The present invention will be described in detail by taking a lithium ion battery as an example. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member and site | part which show | plays the same effect | action, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified.

<実施例1>
本発明の一実施例に係るリチウムイオン電池の概略構成を図1〜3に示す。このリチウムイオン電池10は、長尺状の正極シート32および負極シート34が長尺シート状のセパレータ35を介して扁平に捲回された形態の電極体(捲回電極体)30が、図示しない非水電解液とともに、該捲回電極体30を収容し得る形状(扁平な箱型)の容器11に収容された構成を有する。
<Example 1>
A schematic configuration of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. In this lithium ion battery 10, an electrode body (winding electrode body) 30 in which a long positive electrode sheet 32 and a negative electrode sheet 34 are wound flatly via a long sheet-like separator 35 is not shown. It has the structure accommodated in the container 11 of the shape (flat box shape) which can accommodate this winding electrode body 30 with a nonaqueous electrolyte.

容器11は、一端に開口部を有する有底四角筒状の筐体12と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ蓋体13とを備える。容器11を構成する材質としては、アルミニウム、スチール等の金属材料が好ましく用いられる。あるいは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を成形してなる容器11であってもよい。例えば、筐体12および蓋体13がいずれもアルミニウム製である容器11を好ましく使用することができる。   The container 11 includes a bottomed square cylindrical casing 12 having an opening at one end, and a lid 13 attached to the opening and closing the opening. As a material constituting the container 11, a metal material such as aluminum or steel is preferably used. Or the container 11 formed by shape | molding resin materials, such as PPS (polyphenylene sulfide) and a polyimide resin, may be sufficient. For example, the container 11 in which the housing 12 and the lid 13 are both made of aluminum can be preferably used.

本実施例に係る扁平形状の捲回電極体30は、後述する負極シートに具備される活物質層(負極活物質層)の構成を除いては通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様に、長尺シート状の正極シート32と負極シート34とを典型的には二枚の長尺シート状のセパレータ(セパレータシート)35とともに積層して長手方向に捲回(典型的には略円形に捲回)し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製され得る。このようにシートの積層物を捲回した後に扁平に押しつぶす態様に代えて、例えば上記積層物を当初から扁平な形状(略長円形、楕円形等)に捲回してもよい。   The flat wound electrode body 30 according to the present embodiment is the same as the wound electrode body of a normal lithium ion battery except for the configuration of the active material layer (negative electrode active material layer) provided in the negative electrode sheet described later. In addition, a long sheet-like positive electrode sheet 32 and a negative electrode sheet 34 are typically laminated together with two long sheet-like separators (separator sheets) 35 and wound in the longitudinal direction (typically substantially circular). And then the resulting wound body is crushed from the lateral direction and ablated. In this manner, instead of a mode in which the laminate of sheets is rolled and then flattened, the laminate may be wound into a flat shape (substantially oval, elliptical, etc.) from the beginning.

正極シート32および負極シート34は、それぞれ、長尺シート状の集電体上に活物質層が形成された構成を有する。該活物質層は、集電体の幅方向の一端(長手方向に沿う一方の端部)を除いた帯状の領域に形成されている。すなわち、上記幅方向の一端は上記活物質層が形成されない部分(活物質層非形成部分)となっている。正負の電極シート32,34とセパレータシート35とは、両電極シートの活物質層が重ね合わさり且つ正極シートの活物質層非形成部分と負極シートの活物質層非形成部分とがセパレータの幅方向の一端および他端からそれぞれはみ出すように、正負の電極シート32,34が幅方向に位置をややずらして積層された状態で捲回されている。その結果として、捲回電極体30の捲回軸方向の一端および他端には、正極シート32の活物質層非形成部分が捲回コア部分31(すなわち両電極シート32,34の活物質層とセパレータとが密に捲回された部分)から外方にはみ出した部分32Aと、負極シート34の活物質層非形成部分が捲回コア部分31から外方にはみ出した部分34Aとがそれぞれ形成されている。該はみ出し部分32A,34Aに外部接続用の正極端子14および負極端子16の一端が接続されている。電極端子14,16の他端は容器11(蓋体13)の外部に引き出されている。   Each of the positive electrode sheet 32 and the negative electrode sheet 34 has a configuration in which an active material layer is formed on a long sheet-like current collector. The active material layer is formed in a band-like region excluding one end in the width direction of the current collector (one end along the longitudinal direction). That is, one end in the width direction is a portion where the active material layer is not formed (active material layer non-formed portion). The positive and negative electrode sheets 32 and 34 and the separator sheet 35 are obtained by overlapping the active material layers of both electrode sheets, and the active material layer non-formation part of the positive electrode sheet and the active material layer non-formation part of the negative electrode sheet The positive and negative electrode sheets 32 and 34 are wound in a state where they are laminated with their positions slightly shifted in the width direction so as to protrude from one end and the other end of the electrode. As a result, at the one end and the other end of the wound electrode body 30 in the winding axis direction, the active material layer non-formed portion of the positive electrode sheet 32 is the wound core portion 31 (that is, the active material layers of both electrode sheets 32 and 34). A portion 32A that protrudes outward from the portion where the separator and the separator are closely wound) and a portion 34A where the active material layer non-forming portion of the negative electrode sheet 34 protrudes outward from the wound core portion 31 are formed. Has been. One ends of a positive terminal 14 and a negative terminal 16 for external connection are connected to the protruding portions 32A and 34A. The other ends of the electrode terminals 14 and 16 are drawn out of the container 11 (lid body 13).

捲回電極体30は、捲回コア部31のうち軸方向の中央部が、その正極端子側および負極端子側のいずれよりも単位堆積当たりの電解液保持量が多くなるように構成されている。本実施例では、負極シート34の有する活物質層の空隙率を該活物質層の幅方向(捲回コア部の軸方向)の一部と他部とで異ならせることにより(具体的には、負極活物質層の幅の中央部312における空隙率が両端部311,313よりも高くなっていることにより)上記構成が実現されている。本実施例では、正極シート32およびセパレータシート35の構成(空隙率や厚み)ならびに負極活物質層の厚みは、少なくとも捲回コア部の軸長の範囲内ではほぼ一定である。負極シート34の構成については後に詳しく述べる。   The wound electrode body 30 is configured so that the central portion in the axial direction of the wound core portion 31 has a larger amount of electrolyte solution retained per unit deposition than both the positive electrode terminal side and the negative electrode terminal side. . In this example, the porosity of the active material layer of the negative electrode sheet 34 is made different between a part in the width direction of the active material layer (the axial direction of the wound core part) and the other part (specifically, The above configuration is realized by the fact that the porosity in the central portion 312 of the width of the negative electrode active material layer is higher than both end portions 311 and 313. In the present embodiment, the configuration (porosity and thickness) of the positive electrode sheet 32 and the separator sheet 35 and the thickness of the negative electrode active material layer are substantially constant at least within the range of the axial length of the wound core portion. The configuration of the negative electrode sheet 34 will be described in detail later.

捲回電極体30を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池に備えられる電極体と同様のものを用いることができる。   As the material and the member constituting the wound electrode body 30, the same electrode body as that provided in a conventional lithium ion battery can be used.

例えば、正極集電体としては、導電性の良い金属からなる長尺シート状の部材(金属箔)が好ましく用いられる。特に、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金(Alを主成分とする合金)等のアルミニウム材料を用いて構成された正極集電体が好ましい。例えば、厚さ5μm〜30μm(好ましくは10μm〜30μm、例えば15μm)程度のアルミニウム箔を正極集電体として好ましく用いることができる。一例として、上記厚みを有する長さ2m〜4m(例えば2.7m)、幅8cm〜15cm(例えば12cm)程度のアルミニウム箔を集電体として好ましく使用することができる。   For example, as the positive electrode current collector, a long sheet-like member (metal foil) made of a highly conductive metal is preferably used. In particular, a positive electrode current collector formed using an aluminum material such as aluminum (Al) or an aluminum alloy (an alloy containing Al as a main component) is preferable. For example, an aluminum foil having a thickness of about 5 μm to 30 μm (preferably 10 μm to 30 μm, for example, 15 μm) can be preferably used as the positive electrode current collector. As an example, an aluminum foil having a thickness of about 2 m to 4 m (for example, 2.7 m) and a width of about 8 cm to 15 cm (for example, 12 cm) having the above thickness can be preferably used as a current collector.

正極活物質(典型的には粒子状)としては、一般的なリチウムイオン電池に用いられる層状構造の酸化物系正極活物質、スピネル構造の酸化物系正極活物質等を好ましく用いることができる。かかる正極活物質の代表例として、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウムマンガン酸化物(例えばLiMn)等の、リチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物(リチウム遷移金属酸化物)を主成分とする正極活物質(実質的にリチウム遷移金属酸化物からなる正極活物質であり得る。)が挙げられる。 As the positive electrode active material (typically in particulate form), a layered oxide-based positive electrode active material, a spinel-structured oxide-based positive electrode active material, and the like used for a general lithium ion battery can be preferably used. As a typical example of such a positive electrode active material, lithium and a transition metal element such as lithium nickel oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), and lithium manganese oxide (for example, LiMn 2 O 4 ) are used. Examples thereof include a positive electrode active material having an oxide (lithium transition metal oxide) containing as a constituent metal element as a main component (can be a positive electrode active material substantially made of a lithium transition metal oxide).

ここで「リチウムニッケル酸化物」とは、LiとNiとを構成金属元素とする酸化物のほか、LiおよびNi以外に他の少なくとも一種の金属元素(すなわち、LiおよびNi以外の遷移金属元素および/または典型金属元素)をNiよりも少ない割合(原子数換算。LiおよびNi以外の金属元素を二種以上含む場合にはそれらの合計量としてNiよりも少ない割合)で含む酸化物をも包含する意味である。かかる金属元素は、例えば、Co,Al,Mn,Cr,Fe,V,Mg,Ti,Zr,Nb,Mo,W,Cu,Zn,Ga,In,Sn,LaおよびCeからなる群から選択される一種または二種以上の元素であり得る。リチウムコバルト酸化物およびリチウムマンガン酸化物についても同様である。   Here, “lithium nickel oxide” means an oxide having Li and Ni as constituent metal elements, and at least one other metal element in addition to Li and Ni (that is, a transition metal element other than Li and Ni, and Also included are oxides that contain less than Ni (or typical metal elements) in terms of the amount of Ni (in terms of the number of atoms. If two or more metal elements other than Li and Ni are included, the total amount of them is less than Ni). That means The metal element is selected from the group consisting of, for example, Co, Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. Or one or more elements. The same applies to lithium cobalt oxide and lithium manganese oxide.

このようなリチウム遷移金属酸化物(典型的には粒子状)としては、例えば、従来公知の方法で調製・提供されるリチウム遷移金属酸化物粉末(以下、活物質粉末ということもある。)をそのまま使用することができる。例えば、平均粒径が凡そ1μm〜25μm(典型的には凡そ2μm〜15μm)の範囲にある二次粒子によって実質的に構成されたリチウム遷移金属酸化物粉末を、ここに開示される技術における正極活物質として好ましく採用することができる。   As such a lithium transition metal oxide (typically in a particulate form), for example, a lithium transition metal oxide powder (hereinafter sometimes referred to as an active material powder) prepared and provided by a conventionally known method is used. It can be used as it is. For example, a lithium transition metal oxide powder substantially composed of secondary particles having an average particle size in the range of about 1 μm to 25 μm (typically about 2 μm to 15 μm) is used as the positive electrode in the technology disclosed herein. It can preferably be employed as an active material.

正極活物質層は、好ましくは該正極活物質のほかに導電材を含有する。該導電材としてはカーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が好ましく用いられる。あるいは、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いてもよい。これらのうち一種のみを用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック)、グラファイト粉末、等のカーボン粉末を用いることができる。これらのうちアセチレンブラックを好ましく採用することができる。例えば、構成粒子(典型的には一次粒子)の平均粒径が凡そ10nm〜200nm(例えば凡そ20nm〜100nm)の範囲にある粒状導電材(例えば、アセチレンブラック等の粒状カーボン材料)の使用が好ましい。   The positive electrode active material layer preferably contains a conductive material in addition to the positive electrode active material. As the conductive material, a carbon material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. Alternatively, conductive metal powder such as nickel powder may be used. Among these, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black), graphite powder, and the like can be used. Of these, acetylene black can be preferably employed. For example, it is preferable to use a granular conductive material (for example, a granular carbon material such as acetylene black) in which the average particle size of constituent particles (typically primary particles) is in the range of about 10 nm to 200 nm (for example, about 20 nm to 100 nm). .

その他、正極活物質層には、一般的なリチウムイオン電池において正極活物質層の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、上記構成成分の結着材(バインダ)として機能し得る各種のポリマー材料が挙げられる。   In addition, the positive electrode active material layer can contain one or two or more materials that can be used as components of the positive electrode active material layer in a general lithium ion battery, if necessary. Examples of such a material include various polymer materials that can function as a binder (binder) of the above constituent components.

特に限定するものではないが、正極活物質層全体に占める正極活物質の割合(典型的には、正極活物質組成物の固形分に占める正極活物質の割合と概ね一致する。)は凡そ50質量%以上(典型的には50〜95質量%)であることが好ましく、凡そ75〜90質量%であることがより好ましい。導電材を含む組成の正極活物質層では、該活物質層に占める導電材の割合を例えば凡そ3〜25質量%とすることができ、凡そ3〜15質量%とすることが好ましい。この場合において、該活物質層に占める正極活物質の割合は凡そ80〜95質量%(例えば85〜95質量%)とすることが適当である。   Although not particularly limited, the ratio of the positive electrode active material to the entire positive electrode active material layer (typically approximately the same as the ratio of the positive electrode active material to the solid content of the positive electrode active material composition) is approximately 50. It is preferably at least mass% (typically 50 to 95 mass%), more preferably about 75 to 90 mass%. In the positive electrode active material layer having a composition containing a conductive material, the proportion of the conductive material in the active material layer can be, for example, about 3 to 25% by mass, and preferably about 3 to 15% by mass. In this case, the proportion of the positive electrode active material in the active material layer is suitably about 80 to 95% by mass (for example, 85 to 95% by mass).

また、正極活物質および導電材以外の正極活物質層形成成分(例えばポリマー材料)を含有する組成物では、それら任意成分の合計含有割合(正極活物質層形成成分全体に占める割合)を凡そ7質量%以下とすることが好ましく、凡そ5質量%以下(例えば凡そ1〜5質量%)とすることがより好ましい。上記任意成分の合計含有割合が凡そ3質量%以下(例えば凡そ1〜3質量%)であってもよい。   Further, in a composition containing a positive electrode active material layer forming component (for example, a polymer material) other than the positive electrode active material and the conductive material, the total content ratio of these arbitrary components (ratio to the total positive electrode active material layer forming component) is about 7 It is preferable to set it as mass% or less, and it is more preferable to set it as about 5 mass% or less (for example, about 1-5 mass%). The total content of the above optional components may be about 3% by mass or less (for example, about 1 to 3% by mass).

正極活物質層の形成方法としては、正極活物質(典型的には粒子状)その他の正極活物質層構成成分が適当な溶媒(好ましくは水系溶媒)に分散した組成物(正極活物質組成物)を正極集電体の片面または両面(ここでは両面)に帯状に塗布して乾燥させる方法を好ましく採用することができる。特に限定するものではないが、正極活物質組成物の固形分濃度(不揮発分、すなわち活物質層形成成分の割合)は、例えば凡そ40〜60質量%程度であり得る。正極活物質組成物の乾燥後、必要に応じて適当なプレス処理(例えば、ロールプレス法、平板プレス法等の従来公知の各種プレス方法を採用することができる。)を施すことによって、正極活物質層35の厚みや密度を適宜調整することができる。   As a method for forming the positive electrode active material layer, a composition (positive electrode active material composition) in which a positive electrode active material (typically in a particulate form) and other positive electrode active material layer components are dispersed in an appropriate solvent (preferably an aqueous solvent). ) Is preferably applied to one side or both sides (here, both sides) of the positive electrode current collector in a band shape and dried. Although not particularly limited, the solid content concentration of the positive electrode active material composition (nonvolatile content, that is, the ratio of the active material layer forming component) can be, for example, about 40 to 60% by mass. After drying the positive electrode active material composition, an appropriate press treatment (for example, various conventionally known press methods such as a roll press method and a flat plate press method can be employed) is performed as necessary. The thickness and density of the material layer 35 can be adjusted as appropriate.

正極シート32および負極シート34と重ね合わせて使用されるセパレータシート35としては、捲回電極体を備える従来のリチウムイオン電池のセパレータと同様に、各種多孔質シートを用いることができる。正負極シートと重ね合わせて使用されるセパレータ50A,50Bとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム)を好適に使用し得る。かかる多孔質樹脂シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複層構造(例えば、PP層の両面にPE層が積層された三層構造)であってもよい。例えば、長さ2m〜4m(例えば3.1m)、幅8cm〜12cm(例えば10cm)、厚さ5μm〜30μm(例えば20μm)程度の合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)の多孔質セパレータシートを好ましく使用し得る。   As the separator sheet 35 that is used while being overlapped with the positive electrode sheet 32 and the negative electrode sheet 34, various porous sheets can be used as in the case of a separator of a conventional lithium ion battery including a wound electrode body. As the separators 50A and 50B used while being superimposed on the positive and negative electrode sheets, for example, a porous resin sheet (film) made of a polyolefin resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be suitably used. Such a porous resin sheet may have a single-layer structure or a multilayer structure of two or more layers (for example, a three-layer structure in which PE layers are laminated on both sides of a PP layer). For example, a porous separator sheet made of a synthetic resin (for example, made of polyolefin such as polyethylene) having a length of 2 m to 4 m (for example, 3.1 m), a width of 8 cm to 12 cm (for example, 10 cm), and a thickness of about 5 μm to 30 μm (for example, 20 μm) Can be preferably used.

特に限定するものではないが、好ましい多孔質シート(典型的には多孔質樹脂シート)の性状として、平均孔径が0.001μm〜30μm程度であり、厚みが5μm〜100μm(より好ましくは10μm〜30μm)程度である多孔質樹脂シートが例示される。該多孔質シートの気孔率(空隙率)は、例えば凡そ20〜90体積%(好ましくは30〜80体積%)程度であり得る。   Although it does not specifically limit, as a property of a preferable porous sheet (typically porous resin sheet), an average pore diameter is about 0.001 micrometer-30 micrometers, and thickness is 5 micrometers-100 micrometers (more preferably 10 micrometers-30 micrometers). ) Is an example of a porous resin sheet. The porosity (porosity) of the porous sheet can be, for example, about 20 to 90% by volume (preferably 30 to 80% by volume).

負極集電体としては、導電性の良い金属からなる長尺シート状の部材(金属箔)が好ましく用いられる。特に、銅や銅合金(銅を主成分とする合金)等の銅材料製の正極集電体が好ましい。例えば、厚さ5μm〜30μm(好ましくは10μm〜30μm、例えば15μm)程度の銅箔を負極集電体として好ましく用いることができる。一例として、上記厚みを有する長さ2m〜4m(例えば2.9m)、幅8cm〜15cm(例えば12cm)程度の銅箔を負極集電体として好ましく用いることができる。   As the negative electrode current collector, a long sheet-like member (metal foil) made of a highly conductive metal is preferably used. In particular, a positive electrode current collector made of a copper material such as copper or a copper alloy (an alloy containing copper as a main component) is preferable. For example, a copper foil having a thickness of about 5 μm to 30 μm (preferably 10 μm to 30 μm, for example, 15 μm) can be preferably used as the negative electrode current collector. As an example, a copper foil having a thickness of 2 m to 4 m (for example, 2.9 m) and a width of about 8 cm to 15 cm (for example, 12 cm) having the above thickness can be preferably used as the negative electrode current collector.

負極活物質としては、少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む炭素材料を好適に使用することができる。いわゆる黒鉛質のもの(グラファイト)、難黒鉛化炭素質のもの(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素質のもの(ソフトカーボン)、これらを組み合わせた構造を有するもの等のいずれの炭素材料も使用可能である。例えば、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、高配向性グラファイト(HOPG)等を用いることができる。上記負極活物質としては、例えば平均粒径が凡そ5μm〜50μmの粒子状炭素材料(黒鉛粒子等)を好ましく使用することができる。   As the negative electrode active material, a carbon material containing a graphite structure (layered structure) at least in part can be suitably used. Any carbon material such as so-called graphitic (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), or a combination of these can be used. It is. For example, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), etc. can be used. As the negative electrode active material, for example, a particulate carbon material (graphite particles or the like) having an average particle diameter of about 5 μm to 50 μm can be preferably used.

負極活物質層は、上記負極活物質のほかに、一般的なリチウムイオン電池において負極活物質層の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、上記構成成分の結着材(バインダ)として機能し得る各種のポリマー材料が挙げられる。また、正極側と同様の導電材を含む負極活物質層であってもよい。   In addition to the negative electrode active material, the negative electrode active material layer can contain one or two or more materials that can be used as a constituent component of the negative electrode active material layer in a general lithium ion battery, if necessary. Examples of such a material include various polymer materials that can function as a binder (binder) of the above constituent components. Moreover, the negative electrode active material layer containing the same electrically conductive material as the positive electrode side may be sufficient.

特に限定するものではないが、負極活物質層全体に占める負極活物質の割合は、例えば凡そ60質量%以上(典型的には凡そ60〜99.5質量%)とすることができ、凡そ70〜99質量%とすることが好ましく、凡そ80〜98質量%とすることがより好ましい。上述のようにポリマー材料を含有する組成の負極活物質層では、該活物質層全体に占めるポリマー材料の割合を例えば凡そ0.5〜10質量%とすることができ、凡そ2〜7質量%とすることが好ましい。   Although not particularly limited, the ratio of the negative electrode active material to the entire negative electrode active material layer can be, for example, about 60% by mass or more (typically about 60 to 99.5% by mass), and about 70%. It is preferable to set it as -99 mass%, and it is more preferable to set it as about 80-98 mass%. In the negative electrode active material layer having the composition containing the polymer material as described above, the ratio of the polymer material in the entire active material layer can be, for example, approximately 0.5 to 10% by mass, and approximately 2 to 7% by mass. It is preferable that

負極活物質層の形成方法としては、負極活物質(典型的には粒子状)その他の負極活物質層構成成分が適当な溶媒(好ましくは水系溶媒)に分散した負極活物質組成物を負極集電体の片面または両面(ここでは両面)に帯状に塗布して乾燥させる方法を好ましく採用することができる。特に限定するものではないが、負極活物質組成物の固形分濃度は、例えば凡そ40〜60質量%程度とすることができる。乾燥後、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって、負極活物質層の厚み、空隙率、密度等を適宜調整することができる。   As a method for forming the negative electrode active material layer, a negative electrode active material composition in which a negative electrode active material (typically in particulate form) and other negative electrode active material layer components are dispersed in a suitable solvent (preferably an aqueous solvent) is used. A method of applying a belt-like shape on one side or both sides (here, both sides) of the electrical conductor and drying can be preferably employed. Although it does not specifically limit, the solid content concentration of a negative electrode active material composition can be about 40-60 mass%, for example. After drying, the thickness, porosity, density, and the like of the negative electrode active material layer can be appropriately adjusted by performing an appropriate press treatment as necessary.

図4は、本実施例に係る捲回電極体30の捲回軸に沿う断面の一部を拡大して示す模式的断面図であって、負極集電体342およびその一方の側に形成された負極活物質層344と、その活物質層344に対向するセパレータシート35とを示したものである。前述のように、本実施例に係る負極活物質層344は、捲回コア部31の軸方向中央部312における負極活物質層344の空隙率が、両端部311,313の空隙率よりも高くなるように構成されている。負極活物質層344の中央部312と両端部311,313との空隙率の高低は、大まかには、これらの部分の密度の高低と逆転する関係として把握され得る。すなわち、相対的に空隙率が高い部分は相対的に密度が低い部分に対応する。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a cross section along the winding axis of the wound electrode body 30 according to the present embodiment, which is formed on the negative electrode current collector 342 and one side thereof. The negative electrode active material layer 344 and the separator sheet 35 facing the active material layer 344 are shown. As described above, in the negative electrode active material layer 344 according to this example, the porosity of the negative electrode active material layer 344 in the axial central portion 312 of the wound core portion 31 is higher than the porosity of both end portions 311 and 313. It is comprised so that it may become. The level of the porosity between the central portion 312 and both end portions 311 and 313 of the negative electrode active material layer 344 can be roughly grasped as a relationship that reverses the density of these portions. That is, a portion having a relatively high porosity corresponds to a portion having a relatively low density.

かかる構成の負極活物質層を形成するには、例えば、負極集電体342に負極活物質組成物を塗布する際、中央部312よりも両端部311,313の塗布量(固形分換算)を多くしておく。したがって、塗布された負極活物質組成物が乾燥されたままの状態(未圧縮状態)では、中央部312よりも両端部311,313のほうが負極活物質層の厚みが大きくなる。これを負極活物質層の全体がほぼ同じ厚みとなるようにプレスすると、両端部311,313が中央部312よりも多く圧縮される結果、中央部312の空隙率が両端部311,313よりも高い負極活物質層344を形成することができる。   In order to form the negative electrode active material layer having such a configuration, for example, when the negative electrode active material composition is applied to the negative electrode current collector 342, the application amounts (in terms of solid content) of both end portions 311, 313 rather than the central portion 312 are set. Keep a lot. Therefore, in a state where the applied negative electrode active material composition is dried (uncompressed state), the thickness of the negative electrode active material layer is larger at both end portions 311 and 313 than at the center portion 312. When this is pressed so that the whole negative electrode active material layer has substantially the same thickness, both end portions 311 and 313 are compressed more than the central portion 312, and as a result, the porosity of the central portion 312 is higher than that of both end portions 311 and 313. A high negative electrode active material layer 344 can be formed.

あるいは、複数種類の負極活物質組成物を塗り分ける(典型的には、集電体の長手方向に沿って帯状に塗り分ける)ことによって上記構成を実現してもよい。例えば、一般に粒子の粒径が大きくなるとその充填効率は低下する(空隙率が高くなる)ので、負極活物質粒子の平均粒径が異なる二種類の負極活物質組成物を用意し、それらのうち負極活物質粒子の平均粒径が相対的に大きな組成物を中央部に、該平均粒径が相対的に小さな組成物を両端部に塗布する。これにより、中央部の空隙率が両端部よりも高い負極活物質層を形成することができる。   Alternatively, the above-described configuration may be realized by coating a plurality of types of negative electrode active material compositions (typically by coating in a strip shape along the longitudinal direction of the current collector). For example, since the filling efficiency generally decreases as the particle size of the particles increases (the porosity increases), two types of negative electrode active material compositions having different average particle sizes of the negative electrode active material particles are prepared. A composition having a relatively large average particle size of the negative electrode active material particles is applied to the central portion, and a composition having a relatively small average particle size is applied to both ends. Thereby, the negative electrode active material layer whose porosity of the center part is higher than both end parts can be formed.

その他、中央部312と両端部311,313とで空隙率を異ならせる手法としては、これらの部分の間で負極活物質組成物の乾燥条件を異ならせる方法、固形分濃度の異なる負極活物質組成物を塗り分ける方法、互いに粒径分布の広さが異なる負極活物質粒子を服務二種類の負極活物質組成物を用いる方法、等を単独であるいは適宜組み合わせて採用することができる。   In addition, as a method of making the porosity different between the central portion 312 and the both end portions 311 and 313, a method of making the drying conditions of the negative electrode active material composition different between these portions, and a negative electrode active material composition having different solid content concentrations For example, a method of separately coating a material, a method of using two types of negative electrode active material compositions for negative electrode active material particles having different particle size distributions, and the like can be employed alone or in appropriate combination.

負極端子側311と正極端子側313との関係では、図4に示すように、負極端子側311の空隙率が正極端子側313よりも高くなるように構成されていることが好ましい。これは、後述する比較例における試験結果に示されているように、厳しいハイレート充放電サイクルによるLi濃度(特に負極シート34に保持されている電解液のLi濃度、図9参照)の低下幅は、中央部312において両端部311,313のいずれよりも大きく、また負極端子側311と正極端子側313との比較では正極端子側313のほうが上記低下幅が大きくなる傾向にあるためである。空隙率が中央部312、正極端子側313、負極端子側311の順に高くなっている負極活物質層は、例えば、上述したいずれかの手法(中央部312と両端部311,313とで負極活物質層の空隙率を異ならせる手法)を適用して形成することができる。   Regarding the relationship between the negative electrode terminal side 311 and the positive electrode terminal side 313, it is preferable that the porosity of the negative electrode terminal side 311 is higher than that of the positive electrode terminal side 313 as shown in FIG. 4. This is because, as shown in the test results in the comparative example described later, the decrease in the Li concentration (particularly, the Li concentration of the electrolyte held in the negative electrode sheet 34, see FIG. 9) due to the severe high-rate charge / discharge cycle is This is because the central portion 312 is larger than both the end portions 311 and 313, and the negative terminal side 313 tends to have a larger reduction width in comparison between the negative terminal side 311 and the positive terminal side 313. The negative electrode active material layer having a void ratio that increases in the order of the central portion 312, the positive electrode terminal side 313, and the negative electrode terminal side 311 can be obtained by, for example, any one of the above-described methods ( The method can be formed by applying a method of varying the porosity of the material layer.

中央部312と両端部311,313とで空隙率を異ならせる程度は、このリチウムイオン電池に想定される使用態様や目標とする耐久性等を考慮して適宜設定することができる。例えば、負極端子側311における負極活物質層344の空隙率(例えば40%)を1として、中央部312の空隙率が凡そ1.1〜1.5程度(例えば凡そ1.35程度。負極端子側311の空隙率が40%なら54%程度)となるような構成を好ましく採用することができる。また、負極端子側311における負極活物質層344の空隙率(例えば40%)を1として、正極端子側313の空隙率が凡そ1〜1.5(ただし、中央部312の空隙率と同等または該空隙率よりも小さい。例えば凡そ1.31程度。負極端子側311の空隙率が40%なら52%程度)となるような構成を好ましく採用することができる。   The degree to which the porosity is different between the central portion 312 and the both end portions 311 and 313 can be appropriately set in consideration of the usage mode assumed for the lithium ion battery, the target durability, and the like. For example, assuming that the porosity (for example, 40%) of the negative electrode active material layer 344 on the negative electrode terminal side 311 is 1, the porosity of the central portion 312 is about 1.1 to 1.5 (for example, about 1.35, for example). A configuration in which the porosity of the side 311 is about 54% if the porosity is 40% can be preferably employed. Further, assuming that the porosity (for example, 40%) of the negative electrode active material layer 344 on the negative electrode terminal side 311 is 1, the porosity on the positive electrode terminal side 313 is approximately 1 to 1.5 (however, the porosity of the central portion 312 is equal to or It is preferable to employ a configuration that is smaller than the porosity, for example, about 1.31, or about 52% if the porosity on the negative electrode terminal side 311 is 40%.

負極活物質層344の空隙率は、該空隙率が高い部分と低い部分との間でグラデーションをつけて(連続的に)に異ならせてもよく、段階的に(不連続に)異ならせてもよい。空隙率の変化にグラデーションをつけた負極活物質層(および該活物質層を有する負極)によると、Li濃度の偏りをよりよく緩和し得る。空隙率が段階的に変化する態様は、製造容易性や品質安定性等の観点から好ましく採用され得る。   The porosity of the negative electrode active material layer 344 may be varied (continuously) with a gradation between a portion where the porosity is high and a portion where the porosity is low, or may be varied stepwise (discontinuously). Also good. According to the negative electrode active material layer (and the negative electrode having the active material layer) in which the change in porosity is given gradation, the deviation of the Li concentration can be alleviated better. The aspect in which the porosity changes stepwise can be preferably adopted from the viewpoints of manufacturability and quality stability.

かかる構成の捲回電極体30を筐体12に収容し、その筐体12内に適当な非水電解液を配置(注液)する。電解液としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、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、1,3−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF,LiBF,LiAsF,LiCFSO,LiCSO,LiN(CFSO,LiC(CFSO等のリチウム塩を好ましく用いることができる。例えば、ECとDMCとEMCとを30.94:25.15:31.75の質量比で含む混合溶媒に支持塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を約1mol/リットルの濃度で含有させた電解液等を好ましく用いることができる。 The wound electrode body 30 having such a configuration is accommodated in the housing 12, and an appropriate nonaqueous electrolytic solution is disposed (injected) into the housing 12. As the electrolytic solution, the same non-aqueous electrolytic solution conventionally used for lithium ion batteries can be used without particular limitation. Such a nonaqueous electrolytic solution typically has a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2 One or more selected from the group consisting of -diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane and the like can be used. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 and the like. A lithium salt can be preferably used. For example, a mixed solvent containing EC, DMC, and EMC at a mass ratio of 30.94: 25.15: 31.75 contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt at a concentration of about 1 mol / liter. The electrolyte solution etc. which were made can be used preferably.

筐体12の開口部を当該筐体とそれに対応する蓋体13との溶接等により封止して、本実施例に係るリチウムイオン電池10の構築(組み立て)が完成する。なお、筐体12の封止プロセスや電解液の配置(注液)プロセスは、従来のリチウムイオン電池の製造で行われている手法と同様にして行うことができ、本発明を特徴付けるものではない。その後、該電池のコンディショニング(初期充放電)を行う。必要に応じてガス抜きや品質検査等の工程を行ってもよい。   The opening of the housing 12 is sealed by welding or the like between the housing and the lid body 13 corresponding thereto, and the construction (assembly) of the lithium ion battery 10 according to the present embodiment is completed. In addition, the sealing process of the housing | casing 12 and the arrangement | positioning (injection) process of electrolyte solution can be performed similarly to the method currently performed by manufacture of the conventional lithium ion battery, and do not characterize this invention. . Thereafter, the battery is conditioned (initial charge / discharge). You may perform processes, such as degassing and a quality inspection, as needed.

本実施例に係る電池10は、図4に示すように中央部312における負極活物質層344の空隙率が正極端子側313および負極端子側311のいずれよりも大きくなるように構成されている。これにより、負極活物質層344(ひいては捲回コア部31)は、中央部312の単位面積当たりにストックされる電解液の量(したがってリチウム塩の量)が、両端部311,313のいずれよりも多くなるように構成されている。したがって、厳しい条件で行われるハイレート充放電サイクル(例えば、後述する比較例におけるような100A以上および/または20C以上のハイレート放電を繰り返す充放電パターン)が行われた場合等においても、電極体の軸方向位置によってリチウム塩の濃度に差が生じる事象を緩和して、該軸方向に対するLi濃度の偏りを抑えることができる。また、上記のように中央部312には両端部311,313よりも多くの電解液がストックされているので、上記ハイレート充放電等により電極体の軸方向位置によって電解液の減少量に差が生じる事象を緩和して、電解液量の偏りを抑えることができる。したがって、本実施例に係るリチウムイオン電池10によると、ハイレート充放電に対する優れた耐久性が実現され得る。   As shown in FIG. 4, the battery 10 according to this example is configured such that the porosity of the negative electrode active material layer 344 in the central portion 312 is larger than both the positive electrode terminal side 313 and the negative electrode terminal side 311. As a result, the negative electrode active material layer 344 (and thus the wound core portion 31) has an amount of electrolyte stocked per unit area of the central portion 312 (and hence the amount of lithium salt) from which of both end portions 311 and 313. Is also configured to increase. Therefore, even when a high-rate charge / discharge cycle (for example, a charge / discharge pattern that repeats a high-rate discharge of 100 A or more and / or 20 C or more as in a comparative example described later) performed under severe conditions is performed, the axis of the electrode body It is possible to mitigate an event in which a difference in the lithium salt concentration occurs depending on the direction position, and to suppress the deviation of the Li concentration relative to the axial direction. Further, as described above, more electrolytic solution is stored in the central portion 312 than at both end portions 311 and 313. Therefore, there is a difference in the amount of decrease in the electrolytic solution depending on the axial position of the electrode body due to the high rate charge / discharge. It is possible to mitigate the events that occur and to suppress the unevenness of the electrolyte amount. Therefore, according to the lithium ion battery 10 which concerns on a present Example, the outstanding durability with respect to high-rate charge / discharge can be implement | achieved.

なお、ここでいう電解液保持量の関係(中央部312と両端部311,313との相対的な多少等)は、リチウムイオン電池が安定した状態にあるときの関係をいい、該関係を常に満たすことは要求されない。例えば、電池の使用を開始する時点や、電池の不使用状態がある程度の期間(例えば6時間程度またはそれ以上)継続したとき等に上記関係が実現され得るように構成されていればよい。一時的に厳しいハイレート充放電サイクルで使用されること等によって例えば電解液またはリチウム塩の一部が電極体30の中央部312から両端部311,313に移動し、あるいは両端部311,313から電極体30の外部に移動したとしても、かかる厳しいハイレート充放電の継続が止む(例えば電池が不使用状態におかれる)と、電極体の各部のLi濃度を拡散等により均一化し、また電極体各部の電解液保持量を毛管現象等によって初期の状態(ハイレート充放電サイクル前の平衡状態)まで補充(回復)しようとする作用が働く。このことによって次回のハイレート充放電に備えることができる。したがって、ここに開示されるいずれかのリチウムイオン電池によると、捲回コア部の中央部における電解液保持量が両端部よりも多くなるように構成されていることによって厳しいハイレート充放電サイクルに起因するLi濃度の偏りを緩和または解消し得るとともに、その効果が長期に亘って維持され得る。   In addition, the relationship of the electrolytic solution holding amount here (relative degree between the central portion 312 and both end portions 311 and 313, etc.) refers to a relationship when the lithium ion battery is in a stable state, and this relationship is always the same. It is not required to satisfy. For example, it may be configured such that the above relationship can be realized when starting to use the battery or when the battery has not been used for a certain period (for example, about 6 hours or more). For example, a part of the electrolytic solution or the lithium salt moves from the central portion 312 of the electrode body 30 to the both end portions 311 and 313 or the electrodes from the both end portions 311 and 313 by being temporarily used in a high rate charge / discharge cycle or the like. Even if it moves to the outside of the body 30, if the continuation of such severe high-rate charging / discharging stops (for example, the battery is not used), the Li concentration of each part of the electrode body is made uniform by diffusion or the like, and each part of the electrode body An action of replenishing (recovering) the electrolyte holding amount to the initial state (equilibrium state before the high-rate charge / discharge cycle) by the capillary phenomenon or the like works. This makes it possible to prepare for the next high rate charge / discharge. Therefore, according to any of the lithium ion batteries disclosed herein, it is caused by a severe high-rate charge / discharge cycle by being configured such that the electrolyte holding amount in the central portion of the wound core portion is larger than both ends. As a result, the unevenness of Li concentration can be reduced or eliminated, and the effect can be maintained over a long period of time.

<比較例>
本発明に係る構成を採用することの技術的意義をより明確に示すために、比較例として、捲回電極体(捲回コア部)の中央部の電解液保持量を両端部よりも多くするための意図的な対策が特に講じられていないリチウムイオン電池を作製した。この比較例に係るリチウムイオン電池に対し、厳しいハイレート充放電パターンでサイクル試験(ハイレート劣化促進試験)を行った後、これにより該電池に生じた変化を調べた。得られた結果を参照しつつ、かかる充放電パターンがリチウムイオン電池に及ぼす影響(変化)を具体的に説明する。
<Comparative example>
In order to show the technical significance of adopting the configuration according to the present invention more clearly, as a comparative example, the amount of electrolyte retained in the central part of the wound electrode body (wound core part) is made larger than both ends. Therefore, a lithium ion battery in which no intentional measures were taken was prepared. The lithium ion battery according to this comparative example was subjected to a cycle test (high-rate deterioration acceleration test) with a strict high-rate charge / discharge pattern, and then the change caused in the battery was examined. The influence (change) of the charge / discharge pattern on the lithium ion battery will be specifically described with reference to the obtained results.

上記比較例に係るリチウムイオン電池を以下のようにして作製した。   A lithium ion battery according to the comparative example was produced as follows.

すなわち、LiNiOで表されるニッケル酸リチウム粉末(正極活物質)と平均粒径48nmのアセチレンブラック(導電材)とカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これら材料の質量比が87:10:3となり且つ固形分濃度が約45質量%となるようにイオン交換水と混合して、水系の活物質組成物(正極活物質組成物)を調製した。正極集電体32としては、長さ4469mm、幅86.8mm、厚さ15μmの長尺状のアルミニウム箔を使用した。この正極集電体32のうち幅方向の一端を残し(正極はみ出し部32A)、それ以外の領域には両面に上記正極活物質組成物を幅70.9mm(捲回コア部の軸長に対応する。)の帯状に塗布し、熱風乾燥機により乾燥させた。正極活物質組成物の塗布量は、両面合わせて約11.9mg/cm(固形分基準)となるように調節した。乾燥後、正極活物質層の密度が約2.5となるようにプレスした。上記塗布、乾燥およびプレスは、正極活物質層の幅方向のいずれの位置においても該活物質層の厚みが略一定(均一)となるように行った。プレス後における正極活物質層の空隙率を目付量と厚みから算出したところ、約49.6%であった。 That is, lithium nickelate powder (positive electrode active material) represented by LiNiO 2 , acetylene black (conductive material) having an average particle diameter of 48 nm and carboxymethyl cellulose (CMC) have a mass ratio of 87: 10: 3. And it mixed with ion-exchange water so that solid content concentration might be about 45 mass%, and the aqueous active material composition (positive electrode active material composition) was prepared. As the positive electrode current collector 32, a long aluminum foil having a length of 4469 mm, a width of 86.8 mm, and a thickness of 15 μm was used. One end of the positive electrode current collector 32 is left in the width direction (positive electrode protruding portion 32A), and the positive electrode active material composition is 70.9 mm wide on both sides in the other region (corresponding to the axial length of the wound core portion). And dried with a hot air dryer. The coating amount of the positive electrode active material composition was adjusted so as to be about 11.9 mg / cm 2 (solid content basis) for both surfaces. After drying, the positive electrode active material layer was pressed so that the density was about 2.5. The coating, drying, and pressing were performed so that the thickness of the active material layer was substantially constant (uniform) at any position in the width direction of the positive electrode active material layer. When the porosity of the positive electrode active material layer after pressing was calculated from the basis weight and thickness, it was about 49.6%.

また、天然黒鉛(粉末)とスチレンブタジエンゴム(SBR)とCMCとを、これら材料の質量比が98:1:1であり且つ固形分濃度が45質量%となるようにイオン交換水と混合して、水系の活物質組成物(負極活物質組成物)を調製した。負極集電体34としては、長さ4652mm、幅91.5mm、厚さ10μmの長尺状の銅箔を使用した。この負極集電体34のうち幅方向の一端を残し(負極はみ出し部34A)、それ以外の領域には両面に上記負極活物質組成物を幅76.2cmの帯状に塗布し、熱風乾燥機により乾燥させた。負極活物質組成物の塗布量は、両面合わせて約8mg/cm(固形分基準)となるように調節した。上記負極活物質組成物を乾燥させたままの状態(未圧縮状態)において、負極活物質層の密度は約1.2g/cmであった。これを負極活物質層の密度が約1.3g/cmとなるようにプレスした、上記塗布、乾燥およびプレスは、負極活物質層の幅方向のいずれの位置においても該活物質層の厚みが略一定(均一)となるように行った。プレス後における負極活物質層の空隙率を目付量と厚みから算出したところ、約40%であった。 Further, natural graphite (powder), styrene butadiene rubber (SBR), and CMC are mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio of these materials is 98: 1: 1 and the solid content concentration is 45 mass%. Thus, an aqueous active material composition (negative electrode active material composition) was prepared. As the negative electrode current collector 34, a long copper foil having a length of 4652 mm, a width of 91.5 mm, and a thickness of 10 μm was used. One end of the negative electrode current collector 34 is left in the width direction (negative electrode protruding portion 34A), and the negative electrode active material composition is applied to both sides of the negative electrode current collector 34 in a strip shape having a width of 76.2 cm. Dried. The coating amount of the negative electrode active material composition was adjusted so as to be about 8 mg / cm 2 (solid content basis) on both sides. In a state where the negative electrode active material composition was dried (uncompressed state), the density of the negative electrode active material layer was about 1.2 g / cm 3 . This was pressed so that the density of the negative electrode active material layer was about 1.3 g / cm 3, and the coating, drying, and pressing were performed at any position in the width direction of the negative electrode active material layer. Was made substantially constant (uniform). When the porosity of the negative electrode active material layer after pressing was calculated from the basis weight and thickness, it was about 40%.

セパレータシートとしては、長さ4929mm、幅82.5mm、厚さ20μmの多孔質ポリエチレンシート(空隙率 約42%)を二枚使用した。これらのセパレータシートと上記で得られた正極シート32および負極シート34とを、はみ出し部32A,34Aがそれぞれの幅方向の両側からはみ出すように積層して長手方向に捲回し(捲回の回数:約33回)、その捲回体を側方から押しつぶして扁平形状の捲回電極体30を得た。該電極体30の捲回コア部31の軸長は上述のように9cmであり、捲回コア部31の高さは10cmであった。   As the separator sheet, two porous polyethylene sheets having a length of 4929 mm, a width of 82.5 mm, and a thickness of 20 μm (porosity of about 42%) were used. These separator sheets and the positive electrode sheet 32 and the negative electrode sheet 34 obtained above are stacked so that the protruding portions 32A and 34A protrude from both sides in the width direction and wound in the longitudinal direction (the number of winding times: About 33 times), the wound body was crushed from the side to obtain a flat wound electrode body 30. The axial length of the wound core portion 31 of the electrode body 30 was 9 cm as described above, and the height of the wound core portion 31 was 10 cm.

この電極体30の扁平方向の一端において、該電極体12の捲回軸方向の一端では正極はみ出し部32Aを構成する正極シート32を径方向に寄せ集めてアルミニウム製の正極端子14を溶接し、該電極体30の捲回軸方向の他端では負極はみ出し部34Aを構成する負極シート34を径方向に寄せ集めて銅製の負極端子16を溶接した。   At one end of the electrode body 30 in the flat direction, at one end in the winding axis direction of the electrode body 12, the positive electrode sheet 32 constituting the positive electrode protruding portion 32A is gathered in the radial direction and the positive electrode terminal 14 made of aluminum is welded. At the other end of the electrode body 30 in the winding axis direction, the negative electrode sheet 34 constituting the negative electrode protruding portion 34A was gathered in the radial direction and the copper negative electrode terminal 16 was welded.

容器11としては、高さ9.2cm、幅11cm、厚さ1.35cmの扁平な箱型の外形を有する容器を使用した。該容器11は、有底四角筒状の筐体12と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ蓋体13とを備える。筐体12および蓋体13はいずれもアルミニウム製である。図2に示すように容器11の内部に捲回電極体30を収容し、ECとDMCとEMCとを30.94:25.15:31.75の質量比で含む混合溶媒に支持塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を約1mol/リットルの濃度で含有させた電解液を注入した後に、筐体12と蓋体13との合わせ目を溶接することにより容器11を気密に封止した。このようにして比較例に係るリチウムイオン電池10を組み立てた。その後、常法により初期充放電処理(コンディショニング)を行って比較例に係るリチウムイオン電池を得た。なお、このリチウムイオン電池の理論容量は5Ahである。 As the container 11, a container having a flat box shape with a height of 9.2 cm, a width of 11 cm, and a thickness of 1.35 cm was used. The container 11 includes a bottomed square cylindrical casing 12 and a lid 13 attached to the opening to close the opening. Both the case 12 and the lid 13 are made of aluminum. As shown in FIG. 2, the wound electrode body 30 is accommodated in the container 11, and the mixed solvent containing EC, DMC, and EMC at a mass ratio of 30.94: 25.15: 31.75 is used as a supporting salt. After injecting an electrolytic solution containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of about 1 mol / liter, the container 11 is hermetically sealed by welding the joint between the housing 12 and the lid 13. did. In this way, the lithium ion battery 10 according to the comparative example was assembled. Thereafter, an initial charge / discharge treatment (conditioning) was performed by a conventional method to obtain a lithium ion battery according to a comparative example. The theoretical capacity of this lithium ion battery is 5 Ah.

このようにして得られたリチウムイオン電池に対し、150A(放電時間率30Cに相当する。)で10秒間のハイレートパルス放電を繰り返す厳しい充放電パターンを付与し、これによりリチウムイオン電池に生じた変化を解析した。より具体的には、室温(約25℃)環境下において比較例に係るリチウムイオン電池を1CのレートでSOC(state of charge)60%まで充電した後、以下の(1)〜(4)の充放電パターンを2500回連続して繰り返した。   The lithium ion battery thus obtained was given a severe charge / discharge pattern that repeated high-rate pulse discharge for 10 seconds at 150 A (corresponding to a discharge time rate of 30 C), thereby causing changes in the lithium ion battery. Was analyzed. More specifically, after charging the lithium ion battery according to the comparative example at a rate of 1C to SOC (state of charge) 60% in a room temperature (about 25 ° C.) environment, the following (1) to (4) The charge / discharge pattern was repeated 2500 times continuously.

[充放電サイクル条件]
(1)150Aで10秒間放電。
[Charge / discharge cycle conditions]
(1) Discharge at 150 A for 10 seconds.

(2)5秒間休止。   (2) Pause for 5 seconds.

(3)40Aで120秒間CC−CV充電(40Aで3.72Vまで定電流充電後、合計充電時間が120秒となるまで定電圧充電)。   (3) CC-CV charge at 40 A for 120 seconds (constant voltage charge until constant charge is 120 seconds after constant current charge to 3.72 V at 40 A).

(4)5秒間休止。   (4) Pause for 5 seconds.

上記充放電サイクルの終了後、速やかに容器を切断して捲回電極体を取り出し、図3に示すように、この電極体30の捲回コア部31を互いの軸長が同等となるように一端側(負極端子側)部分311、中央部分312および他端側(正極端子側)部分313の三つの部分に分割した。そして、負極端子側部分311の軸長の中心において、捲回電極体30の約20ターン目における上部(図3に示すU1)、中部(同M1)および下部(同L1)に位置する正極シート32、負極シート34およびセパレータシート35からそれぞれ直径1cmのサンプルを切り取った。また、中央部分312の軸長の中心における上、中、下部(U2、M2,L2)および正極端子側部分313の軸長の中心における上、中、下部(U3、M3,L3)からも同様にサンプルを切り取った。   After completion of the charge / discharge cycle, the container is quickly cut to take out the wound electrode body, and as shown in FIG. 3, the wound core portion 31 of the electrode body 30 has the same axial length. It was divided into three parts: one end side (negative electrode terminal side) portion 311, a central portion 312, and the other end side (positive electrode terminal side) portion 313. And the positive electrode sheet located in the upper part (U1 shown in FIG. 3), middle part (same M1), and lower part (same L1) in the 20th turn of the wound electrode body 30 in the center of the axial length of the negative electrode terminal side part 311. 32, a negative electrode sheet 34 and a separator sheet 35 were cut out from the sample having a diameter of 1 cm. The same applies to the upper, middle, and lower portions (U2, M2, and L2) at the center of the axial length of the central portion 312 and the upper, middle, and lower portions (U3, M3, and L3) at the center of the axial length of the positive terminal portion 313. A sample was cut out.

負極端子側部分311の上、中、下部から採取した正極シート片(計3枚のサンプル)を集め、それらのサンプルに含まれる電解液をγ−ブチロラクトンで抽出した。該抽出物中のECをGC−MS(ガスクロマトグラフ質量分析装置)により、またLi(LiPF)を19F−NMR分析により定量し、その結果から上記3枚のサンプルに含まれる電解液の合計量[mg]および該電解液のLi濃度[mol/リットル]を算出した。負極端子側部分311から採取した負極シート片とセパレータシート片、さらに中央部分312および正極端子側部分313から採取した正極シート片、負極シート片およびセパレータシート片についても同様にして電解液量(サンプル3枚の合計量)およびLi濃度を求めた。その結果を表1および表2に示す。 Positive electrode sheet pieces (a total of three samples) collected from the upper, middle, and lower parts of the negative electrode terminal side portion 311 were collected, and the electrolyte contained in these samples was extracted with γ-butyrolactone. EC in the extract was quantified by GC-MS (gas chromatograph mass spectrometer) and Li (LiPF 6 ) was quantified by 19 F-NMR analysis. From the results, the total amount of electrolyte contained in the three samples was determined. The amount [mg] and the Li concentration [mol / liter] of the electrolyte were calculated. In the same manner, the amount of the electrolyte solution (sample) was also obtained for the negative electrode sheet piece and the separator sheet piece collected from the negative electrode terminal side portion 311 and the positive electrode sheet piece, the negative electrode sheet piece and the separator sheet piece collected from the central portion 312 and the positive electrode terminal side portion 313. The total amount of 3 sheets) and the Li concentration were determined. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2009211956
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Figure 2009211956
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これらの結果からわかるように、正極シート32、負極シート34およびセパレータシート35のいずれについても、中央部分312から採取されたサンプルのLi濃度は、負極端子側部分311および正極端子側部分313のいずれよりも顕著に低くなっていた。このことは、電極体(捲回コア部)の中央部に両端部よりも多くのリチウム塩(電解液)をストックし得る構成を採用することによって、上記比較例においてみられたLi濃度の偏りを効果的に緩和または解消し得ることを示唆するものである。   As can be seen from these results, for any of the positive electrode sheet 32, the negative electrode sheet 34, and the separator sheet 35, the Li concentration of the sample collected from the central portion 312 is any of the negative electrode terminal side portion 311 and the positive electrode terminal side portion 313. Was significantly lower. This is because the concentration of Li concentration observed in the above comparative example is adopted by adopting a configuration in which more lithium salt (electrolytic solution) can be stocked at the center of the electrode body (winding core portion) than at both ends. It is suggested that can be effectively mitigated or eliminated.

また、負極端子側部分311と正極端子側部分313とのLi濃度を比較すると、正極シート32および負極シート34については正極端子側部分313のほうが明らかに低く、セパレータシート35についても正極端子側部分313のほうがやや低く、したがって捲回コア部31の全体として負極端子側部分311よりも正極端子側部分313のほうがLi濃度の低下幅が大きかった。このことは、電解液の保持量が負極端子側部分311、正極端子側部分313、中央部分312の順に高くなる構成とすることにより、Li濃度の偏りをより効果的に緩和または解消し得ることを示唆するものである。   Further, when comparing the Li concentration between the negative electrode terminal side portion 311 and the positive electrode terminal side portion 313, the positive electrode terminal side portion 313 is clearly lower for the positive electrode sheet 32 and the negative electrode sheet 34, and the positive electrode terminal side portion also for the separator sheet 35. 313 was slightly lower, and therefore, the positive electrode terminal side portion 313 showed a larger decrease in the Li concentration than the negative electrode terminal side portion 311 as a whole of the wound core portion 31. This is because the retained amount of the electrolytic solution increases in the order of the negative electrode terminal side portion 311, the positive electrode terminal side portion 313, and the central portion 312, thereby making it possible to more effectively alleviate or eliminate the uneven Li concentration. It suggests.

また、図8〜10は、本発明の理解を容易にするために、上記ハイレート充放電サイクル後における捲回コア部31の軸方向に対するLi濃度の偏りを模式的に示したものである。図8は捲回コア部31全体についてのLi濃度の偏り、図9は負極シート34に保持されていた電解液におけるLi濃度の偏り、図10はセパレータシート35に保持されていた電解液におけるLi濃度の偏りを表している。なお、これらの図においてLi濃度を表す線は、各部におけるLi濃度を正確に反映することを意図したものではなく、大まかな傾向をわかりやすく示すものである。   8 to 10 schematically show the deviation of the Li concentration with respect to the axial direction of the wound core portion 31 after the high-rate charge / discharge cycle in order to facilitate understanding of the present invention. FIG. 8 shows an uneven Li concentration in the wound core portion 31, FIG. 9 shows an uneven Li concentration in the electrolytic solution held on the negative electrode sheet 34, and FIG. 10 shows an Li concentration in the electrolytic solution held on the separator sheet 35. It represents the concentration bias. In these drawings, the line representing the Li concentration is not intended to accurately reflect the Li concentration in each part, but shows a general tendency in an easy-to-understand manner.

<実施例2>
本実施例に係るリチウムイオン電池は、負極活物質層344およびセパレータ35以外の点では実施例1に係るリチウムイオン電池10と同様の構成を有する。図5は、本実施例に係る捲回電極体30の捲回軸に沿う断面の一部を拡大して示す模式的断面図であって、負極集電体342およびその一方の側に形成された負極活物質層344と、その活物質層344に対向するセパレータシート35とを示したものである。本実施例では、中央部312と両端部311,313とでセパレータシート35の空隙率(気孔率または空孔率ともいう。)を異ならせている。すなわち、セパレータシート35は、両端部311,313よりも中央部312のほうが空隙率が高くなるように構成されている。セパレータシート35の正極端子側313と負極端子側311との空隙率は概ね同程度である。
<Example 2>
The lithium ion battery according to this example has the same configuration as that of the lithium ion battery 10 according to Example 1 except for the negative electrode active material layer 344 and the separator 35. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a cross section along the winding axis of the wound electrode body 30 according to the present embodiment, which is formed on the negative electrode current collector 342 and one side thereof. The negative electrode active material layer 344 and the separator sheet 35 facing the active material layer 344 are shown. In the present embodiment, the porosity (also referred to as porosity or porosity) of the separator sheet 35 is different between the central portion 312 and the both end portions 311 and 313. That is, the separator sheet 35 is configured such that the void ratio is higher in the central portion 312 than in the both end portions 311 and 313. The porosity of the positive electrode terminal side 313 and the negative electrode terminal side 311 of the separator sheet 35 is substantially the same.

かかる構成のセパレータシート35を用いて構築された電極体30の捲回コア部31によると、中央部312の単位面積当たりに、両端部311,313のいずれよりも多くの電解液(リチウム塩)をストックすることができる。したがって、実施例1と同様に、厳しい条件で行われるハイレート充放電サイクルに対してもLi濃度や電解液量の偏りを抑えることができる。したがって、本実施例に係るリチウムイオン電池10によると、ハイレート充放電に対する優れた耐久性が実現され得る。   According to the wound core portion 31 of the electrode body 30 constructed using the separator sheet 35 having such a configuration, more electrolytic solution (lithium salt) than any of both end portions 311 and 313 per unit area of the central portion 312. Can be stocked. Therefore, similarly to Example 1, it is possible to suppress the deviation of the Li concentration and the amount of the electrolyte even with respect to the high rate charge / discharge cycle performed under severe conditions. Therefore, according to the lithium ion battery 10 which concerns on a present Example, the outstanding durability with respect to high-rate charge / discharge can be implement | achieved.

中央部312の空隙率が両端部311,313よりも高いセパレータシート35を製造する方法は特に限定されない。例えば、まず孔を有しないポリオレフィン系樹脂シート(フィルム)を成形し、該樹脂シートを加熱しつつ引っ張ることで孔を形成する多孔質ポリオレフィン系樹脂シート製造方法が知られているが、かかる製造方法において中央部と両端部とで加熱温度を異ならせる(中央部をより高温に加熱する)ことにより、中央部の空隙率を両端部よりも高くすることができる。あるいは、中央部の引張量を両端部よりも多くしてもよい。   The method for manufacturing the separator sheet 35 in which the porosity of the central portion 312 is higher than that of both end portions 311 and 313 is not particularly limited. For example, a method for producing a porous polyolefin resin sheet is known in which a polyolefin resin sheet (film) having no holes is first formed, and the holes are formed by pulling the resin sheet while being heated. In the above, by making the heating temperature different between the central portion and both end portions (heating the central portion to a higher temperature), the porosity of the central portion can be made higher than that of the both end portions. Alternatively, the amount of tension at the center may be greater than at both ends.

上記比較例の結果より、例えば、セパレータシート35の負極端子側311の空隙率(例えば42%)を1として、中央部312の空隙率が凡そ1.1〜2程度(例えば凡そ1.6程度。負極端子側311の空隙率が42%なら67%程度)となるような構成を好ましく採用することができる。また、セパレータシート35の負極端子側311の空隙率(例えば42%)を1として、正極端子側313の空隙率が凡そ1〜1.5(ただし、中央部312の空隙率と同等または該空隙率よりも小さい。例えば凡そ1、すなわち負極端子側311の空隙率と同程度)となるような構成を好ましく採用することができる。   From the result of the comparative example, for example, assuming that the porosity (for example, 42%) on the negative electrode terminal side 311 of the separator sheet 35 is 1, the porosity of the central portion 312 is about 1.1 to 2 (for example, about 1.6). A configuration in which the porosity of the negative electrode terminal side 311 is about 67% when the porosity is 42% can be preferably employed. Further, assuming that the porosity (for example, 42%) on the negative electrode terminal side 311 of the separator sheet 35 is 1, the porosity on the positive electrode terminal side 313 is approximately 1 to 1.5 (however, the porosity is equal to or equal to the porosity of the central portion 312) It is preferable to employ a configuration that is smaller than the rate, for example, approximately 1, that is, about the same as the porosity of the negative electrode terminal side 311).

上記比較例の結果(表1)に表れているように、ハイレート充放電サイクルによるLi濃度の偏りは、負極シート32において特に顕著である。したがって、実施例1のように負極活物質層344の空隙率(電解液保持量)を両端部311,313に比べて中央部312で高くする態様によると、上記Li濃度の偏りをより効果的に(例えば、より速やかに)解消または緩和し得るという利点が得られる。   As shown in the results of the comparative example (Table 1), the deviation of Li concentration due to the high-rate charge / discharge cycle is particularly remarkable in the negative electrode sheet 32. Therefore, according to an embodiment in which the porosity (electrolytic solution holding amount) of the negative electrode active material layer 344 is higher at the central portion 312 than at both end portions 311 and 313 as in the first embodiment, the above Li concentration deviation is more effective. (E.g., more quickly) can be eliminated or mitigated.

一方、負極活物質層344の空隙率として採用し得る好ましい範囲は該活物質層344の強度や電池反応の効率等への配慮から制約を受けやすいところ、セパレータシート35の空隙率は負極活物質層344に比べてより広い範囲で調節することができる。したがって、本実施例のようにセパレータシート35の空隙率(電解液保持量)を両端部311,313に比べて中央部312で高くする態様によると、これらの部分で空隙率を異ならせる程度をより広い範囲から選択し得るという利点が得られる。   On the other hand, the preferable range that can be adopted as the porosity of the negative electrode active material layer 344 is easily restricted due to consideration of the strength of the active material layer 344 and the efficiency of the battery reaction. Compared with the layer 344, it can be adjusted in a wider range. Therefore, according to the embodiment in which the porosity (electrolyte holding amount) of the separator sheet 35 is higher at the central portion 312 than at both end portions 311 and 313 as in the present embodiment, the degree to which the porosity is different at these portions. The advantage of being able to select from a wider range is obtained.

なお、ここに開示されるリチウムイオン電池は、実施例1と実施例2とを組み合わせた構成であってもよい。例えば、実施例1におけるセパレータシート35として実施例2のように中央部312の空隙率が両端部311,313よりも高いセパレータシート35を用いた構成とすることができる。かかる構成によると、負極シート34およびセパレータシート35のいずれもが中央部312に両端部311,313よりも多くの電解液を保持し得る構成となっていることにより、これら部分の電解液保持量を異ならせる程度をより容易に調整することができる。   The lithium ion battery disclosed herein may have a configuration in which Example 1 and Example 2 are combined. For example, as the separator sheet 35 in the first embodiment, the separator sheet 35 having a higher porosity in the central portion 312 than the both end portions 311 and 313 as in the second embodiment can be used. According to such a configuration, since both the negative electrode sheet 34 and the separator sheet 35 are configured to be able to hold more electrolyte solution than the both end portions 311 and 313 in the central portion 312, the electrolyte solution holding amount of these portions Can be adjusted more easily.

<実施例3>
本実施例に係るリチウムイオン電池の要部の構造を図6に示す。この図6は、本実施例に係る捲回電極体30の捲回軸に沿う断面の一部を拡大して示す模式的断面図であって、セパレータシート35と、その一方の表面に対向する負極活物質層344およびこれを保持する負極集電体342と、セパレータシート35の他方の表面に対向する正極活物質層324およびこれを保持する正極集電体322とを図示したものである。その他の部分の構成は実施例1に係るリチウムイオン電池10と同様である。
<Example 3>
The structure of the main part of the lithium ion battery according to this example is shown in FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a cross section along the winding axis of the wound electrode body 30 according to the present embodiment, and is opposed to the separator sheet 35 and one surface thereof. The negative electrode active material layer 344 and the negative electrode current collector 342 that holds the negative electrode active material layer 344, the positive electrode active material layer 324 that faces the other surface of the separator sheet 35, and the positive electrode current collector 322 that holds the positive electrode active material layer 322 are illustrated. Other configurations are the same as those of the lithium ion battery 10 according to the first embodiment.

セパレータシート35(例えば、空隙率45%の多孔質ポリオレフィンシート)は、両端部311,313から中央部312に向けて徐々に厚みが増すように構成されている。一方、上記セパレータシート35の厚み傾向とは逆に、負極活物質層344(例えば、空隙率40%)および正極活物質層324(例えば、空隙率40%)は、中央部312から両端部311,313からに向けて徐々に厚みが増すように(すなわち、セパレータシート35の断面形状と相補的な断面形状となるように)構成されている。セパレータシート35、負極活物質層344および正極活物質層324の各々の空隙率(密度)は、中央部312と両端部311,313とで概ね同程度である。   The separator sheet 35 (for example, a porous polyolefin sheet having a porosity of 45%) is configured such that the thickness gradually increases from both end portions 311 and 313 toward the central portion 312. On the other hand, contrary to the thickness tendency of the separator sheet 35, the negative electrode active material layer 344 (for example, the porosity is 40%) and the positive electrode active material layer 324 (for example, the porosity is 40%) , 313, the thickness gradually increases (that is, the cross-sectional shape is complementary to the cross-sectional shape of the separator sheet 35). The porosity (density) of each of the separator sheet 35, the negative electrode active material layer 344, and the positive electrode active material layer 324 is approximately the same at the central portion 312 and both end portions 311, 313.

かかる構成によると、中央部312においては低空隙率の活物質層324,344を薄くする一方で高空隙率のセパレータシートを厚くし、両端部311,313においてはこの関係を逆転させることにより、中央部312の電解液保持量が両端部311,313よりも多くなるように構成された捲回電極体30を容易に実現することができる。また、中央部312では活物質層324,344の厚みが両端部311,313よりも小さいので、該中央部312においてリチウムイオンの出入りに伴うポンピング作用を軽減することができる。したがって、本実施例の構成によると、上記構成上の工夫が相俟って、ハイレート充放電サイクル等による電解液保持量の偏りを効果的に緩和または解消することができる。   According to such a configuration, by thinning the low porosity active material layers 324 and 344 in the central portion 312 while thickening the high porosity separator sheet, by reversing this relationship at both end portions 311 and 313, It is possible to easily realize the wound electrode body 30 configured such that the electrolytic solution holding amount of the central portion 312 is larger than both end portions 311 and 313. In addition, since the thickness of the active material layers 324 and 344 is smaller in the central portion 312, than the both end portions 311 and 313, the pumping action associated with the entry and exit of lithium ions in the central portion 312 can be reduced. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, combined with the above-described configuration, it is possible to effectively alleviate or eliminate the unevenness of the electrolyte holding amount due to the high rate charge / discharge cycle or the like.

上記比較例の結果より、例えば、セパレータシート35の負極端子側311の幅中央における厚み(例えば20μm)を1として、中央部312の幅中央における厚みが凡そ1.1〜2程度(例えば凡そ1.6程度。負極端子側311の厚みが20μmなら32μm程度)となるような構成を好ましく採用することができる。また、セパレータシート35の負極端子側311の幅中央における厚み(例えば20μm)を1として、正極端子側313の幅中央における厚みが凡そ1〜1.5(ただし、中央部312の厚みと同等または該厚みよりも小さい。例えば凡そ1、すなわち負極端子側311の厚みと同程度)となるような構成を好ましく採用することができる。   From the result of the comparative example, for example, assuming that the thickness (for example, 20 μm) at the width center of the negative electrode terminal side 311 of the separator sheet 35 is 1, the thickness at the width center of the central portion 312 is about 1.1 to 2 (for example, about 1). A configuration such that the thickness of the negative electrode terminal side 311 is about 32 μm is preferable. Further, assuming that the thickness (for example, 20 μm) at the width center of the negative electrode terminal side 311 of the separator sheet 35 is 1, the thickness at the width center of the positive electrode terminal side 313 is approximately 1 to 1.5 (however, equivalent to the thickness of the center portion 312 or It is preferable to employ a configuration that is smaller than the thickness (for example, approximately 1, that is, approximately equal to the thickness of the negative electrode terminal 311).

セパレータシート35、負極活物質層344および正極活物質層324のうち少なくともいずれか(例えば、セパレータシート35および負極活物質層344)は、中央部312の空隙率が両端部311,313よりも高くなるように構成されていてもよい。このことによって、これら各部の電解液保持量をより容易に調整することができる。例えば、中央部312の厚みが両端部311,313よりも大きく、且つ中央部312の空隙率が両端部311,313よりも高くなるように構成されたセパレータシート35を好ましく使用することができる。かかる構成を有するセパレータシート35を製造する方法は特に限定されない。例えば、まず孔を有しないポリオレフィン系樹脂シート(フィルム)を成形し、該樹脂シートを加熱しつつ引っ張ることで孔を形成することにより、幅方向の各部で厚みおよび空隙率が概ね一定の多孔質ポリオレフィン系樹脂シートを得る。そして、該樹脂シートの幅方向の両端部311,313を圧縮することにより、該両端部311,313の厚みおよび空隙率を中央部312よりも小さくすることができる。   At least one of the separator sheet 35, the negative electrode active material layer 344, and the positive electrode active material layer 324 (for example, the separator sheet 35 and the negative electrode active material layer 344) has a higher porosity in the central portion 312 than the both end portions 311 and 313. You may be comprised so that it may become. This makes it possible to more easily adjust the amount of electrolyte retained in each part. For example, the separator sheet 35 configured such that the thickness of the central portion 312 is larger than both end portions 311 and 313 and the porosity of the central portion 312 is higher than both end portions 311 and 313 can be preferably used. The method for manufacturing the separator sheet 35 having such a configuration is not particularly limited. For example, a polyolefin-based resin sheet (film) having no holes is first formed, and the holes are formed by pulling the resin sheet while being heated, so that the thickness and porosity of each part in the width direction are substantially constant. A polyolefin resin sheet is obtained. Then, by compressing both end portions 311 and 313 in the width direction of the resin sheet, the thickness and void ratio of the both end portions 311 and 313 can be made smaller than the central portion 312.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.

一実施例に係るリチウムイオン電池を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the lithium ion battery which concerns on one Example. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 一実施例に係るリチウムイオン電池の電極体を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the electrode body of the lithium ion battery which concerns on one Example. 一実施例に係るリチウムイオン電池の要部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the principal part of the lithium ion battery which concerns on one Example. 一実施例に係るリチウムイオン電池の要部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the principal part of the lithium ion battery which concerns on one Example. 一実施例に係るリチウムイオン電池の要部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the principal part of the lithium ion battery which concerns on one Example. 本発明のリチウムイオン電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the lithium ion battery of this invention. 従来のリチウムイオン電池におけるLi濃度の偏り傾向を捲回コア部の全体について示す模式的説明図である。It is typical explanatory drawing which shows the bias | inclination tendency of Li concentration in the conventional lithium ion battery about the whole winding core part. 従来のリチウムイオン電池におけるLi濃度の偏り傾向を負極シートについて示す模式的説明図である。It is typical explanatory drawing which shows the bias | inclination tendency of Li density | concentration in the conventional lithium ion battery about a negative electrode sheet. 従来のリチウムイオン電池におけるLi濃度の偏り傾向をセパレータシートについて示す模式的説明図である。It is typical explanatory drawing which shows the bias | inclination tendency of Li density | concentration in the conventional lithium ion battery about a separator sheet.

符号の説明Explanation of symbols

1:車両(自動車)
11:容器
12:筐体
13:蓋体
14:正極端子
16:負極端子
30:捲回電極体
31:捲回コア部
311:負極端子側(負極端子側部分、他端側、両端部)
312:中央部(中央部分)
313:正極端子側(正極端子側部分、一端側、両端部)
32:正極シート
322:正極集電体
324:正極活物質層
34:負極シート
342:負極集電体
344:負極活物質層
35:セパレータシート(セパレータ)
1: Vehicle (car)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11: Container 12: Housing | casing 13: Lid body 14: Positive electrode terminal 16: Negative electrode terminal 30: Winding electrode body 31: Winding core part 311: Negative electrode terminal side (negative electrode terminal side part, other end side, both ends)
312: Central part (central part)
313: Positive terminal side (positive terminal side, one end, both ends)
32: Positive electrode sheet 322: Positive electrode current collector 324: Positive electrode active material layer 34: Negative electrode sheet 342: Negative electrode current collector 344: Negative electrode active material layer 35: Separator sheet (separator)

Claims (9)

電極体と電解液とが容器に収容されたリチウムイオン電池であって、
前記電極体は、長尺シート状の集電体上に活物質層を有する正負の電極シートが長尺シート状のセパレータを介して長手方向に捲回された捲回電極体であり、その捲回軸方向の一端には正極端子が、他端には負極端子がそれぞれ接続されており、
前記電極体は、該電極体のうち前記正負の電極シートの活物質層と前記セパレータとが重なって捲回された捲回コア部の単位体積当たりの電解液保持量が、前記捲回軸方向の中央部では前記一端側および前記他端側よりも多くなるように構成されている、リチウムイオン電池。
A lithium ion battery in which an electrode body and an electrolytic solution are housed in a container,
The electrode body is a wound electrode body in which a positive and negative electrode sheet having an active material layer on a long sheet-shaped current collector is wound in a longitudinal direction via a long sheet-shaped separator. A positive electrode terminal is connected to one end in the rotational axis direction, and a negative electrode terminal is connected to the other end,
The electrode body has an electrolyte solution holding amount per unit volume of a wound core portion wound by overlapping the active material layer of the positive and negative electrode sheets and the separator in the electrode body in the winding axis direction. The lithium ion battery is configured to be larger in the central portion than the one end side and the other end side.
前記正負の電極シートの少なくとも一方は、該電極シートの有する活物質層の空隙率が、前記中央部では前記一端側および前記他端側の少なくとも一方よりも高くなるように構成されている、請求項1に記載の電池。   At least one of the positive and negative electrode sheets is configured such that the porosity of the active material layer of the electrode sheet is higher than at least one of the one end side and the other end side in the central portion. Item 6. The battery according to Item 1. 前記セパレータは、前記中央部では前記一端側および前記他端側の少なくとも一方よりも空隙率が高くなるように構成されている、請求項1または2に記載の電池。   3. The battery according to claim 1, wherein the separator is configured to have a void ratio higher than at least one of the one end side and the other end side in the central portion. 前記セパレータは、前記中央部では前記一端側および前記他端側の少なくとも一方よりも厚みが大きく、
前記セパレータに対向する前記活物質層は、前記セパレータの厚み傾向とは逆に前記中央部では前記一端側および前記他端側の少なくとも一方よりも厚みが小さく、且つ、
少なくとも前記中央部では前記セパレータの空隙率が前記活物質層の空隙率よりも大きい、請求項1から3のいずれかに記載の電池。
The separator has a thickness larger than at least one of the one end side and the other end side in the central portion,
The active material layer facing the separator has a thickness smaller than at least one of the one end side and the other end side in the central portion contrary to the thickness tendency of the separator, and
The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a porosity of the separator is larger than a porosity of the active material layer at least in the central portion.
前記電極体は、前記捲回コア部の単位体積当たりの電解液保持量が、前記一端側では前記他端側よりも多くなるように構成されている、請求項1から4のいずれかに記載の電池。   The said electrode body is comprised so that the electrolyte solution holding | maintenance amount per unit volume of the said winding core part may be larger in the said one end side than the said other end side. Battery. 前記電極体は、前記他端側の単位体積当たりの電解液保持量を1として、前記中央部の電解液保持量が1.1〜2となるように構成されている、請求項1から5のいずれかに記載の電池。   The said electrode body is comprised so that the electrolyte solution holding amount per unit volume of the said other end side may be 1, and the electrolyte solution holding amount of the said center part will be 1.1-2. The battery according to any one of the above. 前記電極体は、前記他端側の単位体積当たりの電解液保持量を1として、前記一端側の電解液保持量が1〜1.5となるように構成されている、請求項1から6のいずれかに記載の電池。   The said electrode body is comprised so that the electrolyte solution holding | maintenance amount per unit volume of the said other end side may be set to 1, and the electrolyte solution holding | maintenance amount of the said one end side will be 1-1.5. The battery according to any one of the above. 車両の動力源として用いられる、請求項1から7のいずれか一項に記載の電池。   The battery according to claim 1, which is used as a power source for a vehicle. 請求項1から8のいずれか一項に記載の電池を備える車両。   A vehicle comprising the battery according to any one of claims 1 to 8.
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