JP2010009838A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which maintains its high capacity, and at the same time, improves the safety, at the time of internal short-circuit. <P>SOLUTION: In a nonaqueous electrolyte secondary battery containing a group of electrodes having a cathode plate and an anode plate, which are stacked or wound via a porous insulating layer, and a nonaqueous electrolyte, a belt-like current collector having strong anisotropy is used for at least one of the cathode plate and the anode plate. The belt-like current collector having strong anisotropy is, for example, a belt-like current collector 1, having a surface provided with a plurality of grooves 2 extending in a longitudinal direction thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。さらに詳しくは、本発明は主に、集電体の改良に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention mainly relates to improvements in current collectors.

最近では、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進み、これらの駆動用電源として小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池が要望されている。また、小型民生用途のみならず、電力貯蔵用や電気自動車といった長期に亘る耐久性や安全性が要求される大型の電源に対する二次電池の技術展開も加速してきている。このような用途に使用する二次電池としては、非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池が注目を集めている。リチウムイオン二次電池は、高電圧であり、かつ高エネルギー密度を有するという特徴を有している。   Recently, electronic devices have become increasingly portable and cordless, and a secondary battery that is small and lightweight and has a high energy density is demanded as a driving power source. In addition, not only small consumer applications, but also the development of secondary battery technology for large power supplies that require long-term durability and safety, such as for power storage and electric vehicles, has been accelerated. Non-aqueous electrolyte secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries, are attracting attention as secondary batteries used for such applications. A lithium ion secondary battery is characterized by being at a high voltage and having a high energy density.

リチウムイオン二次電池は、正極、負極およびセパレータからなる電極群と、非水電解質とを含む。現在市販されているリチウムイオン二次電池では、正極に含有される正極活物質には、リチウムに対する電位が高く、安全性に優れ、合成が比較的容易なリチウムコバルト酸化物(たとえばLiCoO2)が用いられている。負極に含有される負極活物質には、黒鉛などの炭素材料が用いられている。セパレータには、主としてポリオレフィン製の多孔質膜が用いられている。非水電解質には、LiBF4、LiPF6などのリチウム塩を非プロトン性有機溶媒に溶解した液状非水電解質(非水電解液)が用いられている。 The lithium ion secondary battery includes an electrode group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a nonaqueous electrolyte. In lithium ion secondary batteries currently on the market, the positive electrode active material contained in the positive electrode is a lithium cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ) that has a high potential for lithium, is excellent in safety, and is relatively easy to synthesize. It is used. Carbon materials such as graphite are used for the negative electrode active material contained in the negative electrode. For the separator, a porous film made mainly of polyolefin is used. As the non-aqueous electrolyte, a liquid non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in an aprotic organic solvent is used.

リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化を目指す観点から、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物に代えてリチウムニッケル酸化物(たとえばLiNiCO2)を用いる試みがなされ、一部実用化されている。リチウムニッケル酸化物は確かに高容量を有するものの、結晶の安定性が低く、安全性の面で解決すべき課題を有している。電池の安全性は、たとえば、釘刺し試験により評価される。釘刺し試験とは、電池の表面から電極群に釘を突き刺して内部短絡を強制的に発生させ、発熱の度合を調べて電池の安全性を評価する試験方法である。 From the viewpoint of further increasing the capacity of the lithium ion secondary battery, an attempt has been made to use lithium nickel oxide (for example, LiNiCO 2 ) instead of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, and some of them have been put into practical use. Although lithium nickel oxide certainly has a high capacity, the stability of the crystal is low and has a problem to be solved in terms of safety. The safety of the battery is evaluated by, for example, a nail penetration test. The nail penetration test is a test method for evaluating battery safety by forcing a nail into an electrode group from the surface of the battery to forcibly generate an internal short circuit and examining the degree of heat generation.

電池に釘を突き刺すと、セパレータを介して絶縁されている正極板と負極板とが釘により導通し、最初に釘を介して集電体間に短絡電流が流れ、ジュール熱が発生する。短絡電流が大電流であるかまたは継続して流れると、そのジュール熱により電池温度が異常に高くなる現象が発生する場合がある。この現象を異常発熱と呼ぶ。このとき、電極板の集電体と釘との接触面積が小さいと、集電体の釘との接触部分がジュール熱によって瞬時に溶融し、釘と集電体との接触が断たれるので、ジュール発熱量が非常に少なくなり、電池の異常発熱を抑制できる。一方、集電体と釘との接触面積が大きいと、集電体の釘との接触部分の溶融が不十分になり、釘と集電体との接触を完全に遮断することができない。このため、内部短絡が継続し、電池の異常発熱が誘発される。   When a nail is pierced into the battery, the positive electrode plate and the negative electrode plate that are insulated via the separator are electrically connected by the nail, and a short-circuit current first flows between the current collectors via the nail, thereby generating Joule heat. When the short-circuit current is a large current or continuously flows, a phenomenon may occur in which the battery temperature becomes abnormally high due to the Joule heat. This phenomenon is called abnormal heat generation. At this time, if the contact area between the current collector of the electrode plate and the nail is small, the contact portion of the current collector with the nail instantly melts due to Joule heat, and the contact between the nail and the current collector is broken. , Joule heat generation becomes very small, and abnormal heat generation of the battery can be suppressed. On the other hand, if the contact area between the current collector and the nail is large, the contact portion between the current collector and the nail becomes insufficiently melted, and the contact between the nail and the current collector cannot be completely blocked. For this reason, an internal short circuit continues and abnormal heat generation of the battery is induced.

一方、集電体の表面に加工を施す技術が種々提案されている。たとえば、表面に凹凸形状が付与された集電体が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。凹凸形状の具体例として、高さ15〜40μmの波状のうねりが挙げられている。特許文献1では、集電体表面を凹凸形状にすることにより、活物質と集電体との接触面積を増加させ、電池の出力密度を向上させようとしている。   On the other hand, various techniques for processing the surface of the current collector have been proposed. For example, a current collector having a surface with an uneven shape has been proposed (see, for example, Patent Document 1). As a specific example of the concavo-convex shape, a wavy wave having a height of 15 to 40 μm is mentioned. In Patent Document 1, an attempt is made to increase the contact area between the active material and the current collector and improve the output density of the battery by making the current collector surface uneven.

また、JIS B0601に規定される局部山頂の平均間隔および十点平均粗さが20〜70μmである凹凸形状が表面に形成されている集電体が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。特許文献2では、集電体表面に前記のような凹凸形状を付与することにより、集電体と活物質層との密着性を向上させるとともに、集電体の耐久性をも向上させようとしている。   In addition, a current collector is proposed in which an uneven shape having an average interval between tops of local peaks and a 10-point average roughness of 20 to 70 μm as defined in JIS B0601 is formed on the surface (for example, see Patent Document 2). . In Patent Document 2, it is intended to improve the adhesion between the current collector and the active material layer and to improve the durability of the current collector by providing the surface of the current collector with the uneven shape as described above. Yes.

しかしながら、特許文献1および特許文献2のような凹凸形状は集電体表面に等方的なパターンで形成されるので、集電体の強度に異方性が生じない。また、特許文献1および特許文献2のような凹凸形状で、強度の異方性が生じる程度まで凹凸の度合を大きくすると、その集電体を用いて作製された電極板を、セパレータを介して捲回する工程において、その電極板が破断する。   However, since the uneven shapes as in Patent Document 1 and Patent Document 2 are formed in an isotropic pattern on the current collector surface, anisotropy does not occur in the strength of the current collector. Moreover, when the degree of unevenness is increased to the extent that strength anisotropy occurs in the uneven shape as in Patent Document 1 and Patent Document 2, an electrode plate manufactured using the current collector is interposed via a separator. In the winding step, the electrode plate is broken.

また、集電体の長手方向の一端から他端まで直線状に延びる複数の溝が表面に形成された集電体が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。また、この溝の深さは集電体厚みの3〜16%であり、溝の集電体幅方向のピッチは0.1〜5mmである。特許文献3では、前記のような溝を設けることにより、活物質層中での非水電解質の拡散性を向上させ、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性を向上させようとしている。しかしながら、特許文献3の集電体では、溝の集電体幅方向のピッチが粗いため、内部短絡の発生地点の位置によっては、短絡電流が継続して流れ、異常発熱の発生を十分に抑制できないおそれがある。   In addition, a current collector is proposed in which a plurality of grooves extending linearly from one end to the other end in the longitudinal direction of the current collector are formed on the surface (see, for example, Patent Document 3). The depth of the groove is 3 to 16% of the current collector thickness, and the pitch of the groove in the current collector width direction is 0.1 to 5 mm. In Patent Document 3, by providing the grooves as described above, the diffusibility of the nonaqueous electrolyte in the active material layer is improved, and the charge / discharge cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are improved. However, in the current collector of Patent Document 3, since the pitch of the grooves in the width direction of the current collector is rough, depending on the position of the internal short-circuit occurrence point, the short-circuit current flows continuously, and the occurrence of abnormal heat generation is sufficiently suppressed. It may not be possible.

このように、特許文献1〜3には、集電体表面に凹凸、溝などを形成している。しかしながら、集電体に強度の異方性を持たせ、それにより電池の内部短絡時の安全性を向上させようという技術思想は記載されていない。加えて、特許文献1〜3に記載の集電体では、釘刺し試験により評価される電池の安全性の向上効果は十分ではない。   As described above, in Patent Documents 1 to 3, irregularities and grooves are formed on the current collector surface. However, the technical idea of giving the current collector anisotropy in strength and thereby improving the safety at the time of internal short-circuiting of the battery is not described. In addition, the current collectors described in Patent Documents 1 to 3 are not sufficient in improving the safety of the battery evaluated by the nail penetration test.

また、電極群を捲回時には、電極群の長手方向に一定の張力が付与される。したがって、捲回時において電極群の破断を防止するためには、たとえば、集電体の厚みを大きくして集電体の機械的強度を高めることが必要である。しかしながら、集電体の厚みを大きくすると、釘刺し試験時に内部短絡の継続が長くなり、電池が高温になり易い。すなわち、集電体の強度の向上と電池の安全性向上とは、相反する特性である。したがって、捲回時における電極群の破断防止と電池の安全性向上とを両立させることは、非常に困難である。   Further, when winding the electrode group, a constant tension is applied in the longitudinal direction of the electrode group. Therefore, in order to prevent breakage of the electrode group during winding, for example, it is necessary to increase the mechanical strength of the current collector by increasing the thickness of the current collector. However, when the thickness of the current collector is increased, the internal short-circuit continues for a long time during the nail penetration test, and the battery tends to become hot. That is, the improvement in the strength of the current collector and the improvement in the safety of the battery are contradictory characteristics. Therefore, it is very difficult to achieve both prevention of breakage of the electrode group during winding and improvement of battery safety.

特開平8−195202号公報JP-A-8-195202 特開平11−16575号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-16575 特開2005−267955号公報JP 2005-267955 A

本発明の目的は、高出力および高エネルギー密度を有し、しかも内部短絡時の安全性に優れかつ電極捲回時において電極が非常に破断し難い非水電解質二次電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that has a high output and a high energy density, is excellent in safety at the time of an internal short circuit, and is very difficult to break when the electrode is wound. .

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、非水電解質二次電池において、強度の異方性を有する集電体に活物質層を形成した電極板を含む構成を見出した。本発明者らは、この構成の電池に釘刺し試験を行うと、釘と集電体との接触面積が減少し、集電体の部分的な溶融により釘と集電体との導通が遮断されるので、内部短絡の進行が阻止され、異常発熱の発生を抑制または防止できることを見出した。また、上記構成によれば、電極捲回時に、電極の破断が顕著に抑制されることをも見出した。本発明者は、これらの知見に基づいて本発明を完成した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, in the nonaqueous electrolyte secondary battery, a configuration including an electrode plate in which an active material layer is formed on a current collector having strength anisotropy was found. When the present inventors conducted a nail penetration test on a battery having this configuration, the contact area between the nail and the current collector was reduced, and conduction between the nail and the current collector was interrupted by partial melting of the current collector. As a result, it has been found that the progress of the internal short circuit is prevented and the occurrence of abnormal heat generation can be suppressed or prevented. Moreover, according to the said structure, it also discovered that the fracture | rupture of an electrode was suppressed notably at the time of electrode winding. The present inventor has completed the present invention based on these findings.

すなわち本発明は、正極板と負極板とを多孔質絶縁層を介して積層または捲回した電極群および非水電解質を含む非水電解質二次電池であって、
正極板および負極板の少なくとも一方が、強度に異方性を有する帯状集電体を含む非水電解質二次電池に係る。
That is, the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte and an electrode group obtained by laminating or winding a positive electrode plate and a negative electrode plate via a porous insulating layer,
At least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery including a strip-shaped current collector having anisotropy in strength.

強度に異方性を有する帯状集電体は、強度が破断強度であり、長手方向の破断強度が幅方向の破断強度よりも高いことが好ましい。
長手方向の破断強度が、幅方向の破断強度に対して100%よりも大きく120%以下であることがさらに好ましい。
強度に異方性を有する帯状集電体は、集電体の長手方向に延びる薄肉部を有していることが好ましい。
薄肉部は、帯状集電体表面に溝を形成することにより薄肉化された部分であることが好ましい。
The band-shaped current collector having anisotropy in strength preferably has a breaking strength and a breaking strength in the longitudinal direction is higher than a breaking strength in the width direction.
More preferably, the breaking strength in the longitudinal direction is greater than 100% and 120% or less with respect to the breaking strength in the width direction.
The strip-shaped current collector having anisotropy in strength preferably has a thin portion extending in the longitudinal direction of the current collector.
The thin portion is preferably a portion that is thinned by forming a groove on the surface of the belt-like current collector.

複数の溝が、帯状集電体の長手方向および幅方向から選ばれる少なくとも一方に断続的に形成されていることが好ましい。
帯状集電体の長手方向における溝のピッチが50μm以下であることが好ましい。
帯状集電体の幅方向における溝のピッチが3mm以下であることが好ましい。
帯状集電体の長手方向における溝の長さが20μm〜10mmであることが好ましい。
帯状集電体表面に対する溝の深さが、帯状集電体の厚みの17%以上であることが好ましい。
It is preferable that the plurality of grooves are intermittently formed in at least one selected from the longitudinal direction and the width direction of the strip-shaped current collector.
It is preferable that the pitch of the grooves in the longitudinal direction of the belt-like current collector is 50 μm or less.
It is preferable that the groove pitch in the width direction of the belt-shaped current collector is 3 mm or less.
It is preferable that the length of the groove | channel in the longitudinal direction of a strip | belt-shaped collector is 20 micrometers-10 mm.
It is preferable that the depth of the groove with respect to the surface of the band-shaped current collector is 17% or more of the thickness of the band-shaped current collector.

本発明によれば、強度に異方性を有する帯状集電体を含む電極板を用いることにより、釘刺し試験において集電体間の内部短絡が継続せず、異常発熱が起こり難く、内部短絡時の安全性が非常に高い非水電解質二次電池が提供される。また、本発明によれば、電極捲回時における電極の破断が顕著に抑制されるので、電極の破断抑制と電池の安全性向上をとを両立させることができる。加えて、本発明の非水電解質二次電池は、強度に異方性を有する集電体を用いることによる電池性能の低下は認められず、高エネルギー密度を有し、高出力が可能である。したがって、本発明の非水電解質二次電池は、各種電気機器および電子機器の駆動用電源として有用である。   According to the present invention, by using an electrode plate including a strip-shaped current collector having anisotropy in strength, the internal short circuit between the current collectors does not continue in the nail penetration test, and abnormal heat generation hardly occurs. A non-aqueous electrolyte secondary battery with extremely high safety at the time is provided. Further, according to the present invention, the electrode breakage during the winding of the electrode is remarkably suppressed, so that both the suppression of the electrode breakage and the improvement of the safety of the battery can be achieved. In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention does not show a decrease in battery performance due to the use of a current collector having anisotropy in strength, has a high energy density, and is capable of high output. . Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is useful as a power source for driving various electric devices and electronic devices.

本発明の非水電解質二次電池は、正極板および負極板の少なくとも一方が、強度に異方性を有する帯状集電体を含むことを特徴とする。
強度に異方性を有する帯状集電体を用いることにより、電池の内部短絡時の安全性が向上する。特に、長手方向の強度が幅方向の強度よりも大きくなるような強度の異方性を有する帯状集電体は、電池の内部短絡時の安全性を高める効果が高い。さらに、前記のような強度異方性を有する帯状集電体を用いると、捲回型電極群を作製する際の、正極板または負極板である電極板の破断を防止できる。
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate includes a strip-shaped current collector having anisotropy in strength.
By using the strip-shaped current collector having anisotropy in strength, the safety at the time of internal short circuit of the battery is improved. In particular, a strip-shaped current collector having anisotropy of strength such that the strength in the longitudinal direction is greater than the strength in the width direction has a high effect of enhancing safety at the time of internal short-circuiting of the battery. Furthermore, when the band-shaped current collector having the strength anisotropy as described above is used, it is possible to prevent the electrode plate that is the positive electrode plate or the negative electrode plate from being broken when the wound electrode group is manufactured.

このような優れた効果が得られる理由は、次のように推測される。通常、集電体がほぼ均一な強度を有していれば、釘刺し試験の際に集電体が広い面積で釘と接触し、低抵抗の短絡が継続する。その結果、ジュール熱の発生量が大きくなる場合がある。ところが、集電体の強度に異方性があると、集電体の釘を刺した部分が強度の低い方向に裂けやすくなり、釘と集電体との接触面積が非常に小さくなる。この接触面積が小さいと、釘と接触している集電体がジュール熱によって溶融し、釘と集電体との導通が短時間で遮断され、低抵抗の短絡がその時点で即座に遮断されるものと考えられる。集電体の強度異方性は、強度の弱い方向が集電体の長手方向および短手方向のいずれであるかに関係なく、とにかく集電体中に強度の弱い方向が存在することが重要である。   The reason why such an excellent effect can be obtained is assumed as follows. Normally, if the current collector has a substantially uniform strength, the current collector contacts the nail over a wide area during the nail penetration test, and the low-resistance short circuit continues. As a result, the amount of Joule heat generated may increase. However, if the strength of the current collector is anisotropic, the nail-pierced portion of the current collector tends to tear in the direction of low strength, and the contact area between the nail and the current collector becomes very small. If this contact area is small, the current collector in contact with the nail is melted by Joule heat, the conduction between the nail and the current collector is interrupted in a short time, and the low-resistance short circuit is immediately interrupted at that time. It is thought that. The strength anisotropy of the current collector is important to have a weak direction in the current collector, regardless of whether the direction of weak strength is the longitudinal direction or the short direction of the current collector. It is.

また、電極の捲回時には、帯状集電体の長手方向に張力が付加される。従来技術では、この電極捲回時に電極が破断するのを抑制するために、たとえば、集電体の厚みを大きくすることが行われている。しかしながら、集電体の厚みが大きいと、釘刺し試験時に釘と集電体との接触面積が大きくなり、内部短絡が継続し、電池の安全性が低下する。これに対し、本発明では、たとえば、電極捲回時の張力に耐え、集電体の破断が顕著に抑制されるように、帯状集電体の長手方向の強度を設定しても、電池の安全性が向上する。すなわち、帯状集電体の厚みを大きくしても、その長手方向に延びる溝を形成すれば、長手方向の強度を維持したまま、短手方向の強度を長手方向の強度よりも弱めることができる。これにより、本発明では、電極捲回時の電極破断防止と電池の安全性向上とを両立させることに成功している。   Further, when the electrode is wound, tension is applied in the longitudinal direction of the strip-shaped current collector. In the prior art, in order to prevent the electrode from being broken when the electrode is wound, for example, the thickness of the current collector is increased. However, if the thickness of the current collector is large, the contact area between the nail and the current collector increases during the nail penetration test, the internal short circuit continues, and the safety of the battery decreases. On the other hand, in the present invention, for example, even if the longitudinal strength of the belt-like current collector is set so that it can withstand the tension during winding of the electrode and the current collector is significantly prevented from breaking, Safety is improved. That is, even if the thickness of the belt-shaped current collector is increased, if the groove extending in the longitudinal direction is formed, the strength in the lateral direction can be made lower than the strength in the longitudinal direction while maintaining the strength in the longitudinal direction. . Thereby, in this invention, it succeeded in making the electrode breakage prevention at the time of electrode winding and the safety | security improvement of a battery compatible.

本発明の非水電解質二次電池は、正極と負極と多孔質絶縁層とからなる積層型または捲回型の電極群、および非水電解質を含む。
正極は、正極集電体と正極活物質層とを含む。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a laminated or wound electrode group composed of a positive electrode, a negative electrode, and a porous insulating layer, and a non-aqueous electrolyte.
The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer.

正極集電体は、強度の異方性を有する帯状集電体である。帯状集電体における強度の異方性は、帯状集電体の長手方向の強度が、帯状集電体の幅方向(短手方向)の強度よりも大きい異方性であることが好ましい。また、強度は破断強度であることが好ましい。これにより、電池の内部短絡時の安全性が確保されると共に、捲回型電極群を作成する際に、正極板が破断するのが防止される。また、長手方向の破断強度が、幅方向の破断強度に対して100%よりも大きく120%以下であることがさらに好ましく、102%〜120%であることが特に好ましい。長手方向の破断強度を前記範囲内から選択することにより、電池の内部短絡時の安全性と、捲回電極作製時の電極の破断防止とをさらに高い水準で実現できる。   The positive electrode current collector is a band-shaped current collector having strength anisotropy. The strength anisotropy in the band-shaped current collector is preferably an anisotropy in which the strength in the longitudinal direction of the band-shaped current collector is larger than the strength in the width direction (short direction) of the band-shaped current collector. The strength is preferably a breaking strength. Thereby, safety at the time of an internal short circuit of the battery is ensured, and the positive electrode plate is prevented from being broken when the wound electrode group is formed. Further, the breaking strength in the longitudinal direction is more preferably more than 100% and 120% or less, particularly preferably 102% to 120%, with respect to the breaking strength in the width direction. By selecting the breaking strength in the longitudinal direction from the above range, it is possible to realize safety at the time of internal short circuit of the battery and prevention of breaking of the electrode at the time of manufacturing the wound electrode at a higher level.

強度の異方性を有する帯状集電体とは、たとえば、薄肉部が形成された帯状集電体である。ここで、薄肉部はその厚みが帯状集電体の厚みよりも小さい部分である。薄肉部を長手方向に延びるように形成することにより、長手方向の強度が幅方向の強度よりも大きい異方性が発現する。また、薄肉部に釘が刺さると、厚みが小さいことから、釘と集電体との接触面積がさらに小さくなり、電池の内部短絡時の安全性を高める効果が一層向上する。したがって、複数の薄肉部を形成し、帯状集電体における配置を適宜選択することにより、非常に安全性の高い電池が得られる。   The band-shaped current collector having strength anisotropy is, for example, a band-shaped current collector in which a thin portion is formed. Here, the thin portion is a portion whose thickness is smaller than the thickness of the belt-like current collector. By forming the thin portion so as to extend in the longitudinal direction, anisotropy in which the strength in the longitudinal direction is greater than the strength in the width direction is exhibited. Further, when the nail is pierced into the thin wall portion, since the thickness is small, the contact area between the nail and the current collector is further reduced, and the effect of improving the safety when the battery is short-circuited is further improved. Therefore, a very safe battery can be obtained by forming a plurality of thin-walled portions and appropriately selecting the arrangement of the strip-shaped current collector.

また薄肉部は、たとえば、帯状集電体の表面に溝を形成することにより、厚みを小さくし、薄肉化された部分でも良い。溝は、薄肉部と同様に、帯状集電体の長手方向に形成されるのが好ましい。
図1は、本発明の実施形態の1つである帯状集電体1の構成を簡略化して示す上面図である。帯状集電体1は強度の異方性を有し、その表面1aに長手方向に延びる複数の溝2が形成された金属箔である。溝2は、間隔を空けて長手方向に一直線上に形成されている。一直線上に配置される複数の溝を、特に断らない限り、溝の列と呼ぶ。溝の列は複数有り、帯状集電体1の短手方向に配置されている。
Further, the thin portion may be a portion where the thickness is reduced by forming a groove on the surface of the belt-like current collector, for example. The groove is preferably formed in the longitudinal direction of the belt-like current collector, similarly to the thin portion.
FIG. 1 is a top view schematically showing a configuration of a strip-like current collector 1 which is one embodiment of the present invention. The strip-shaped current collector 1 is a metal foil having strength anisotropy and having a plurality of grooves 2 extending in the longitudinal direction on the surface 1a. The grooves 2 are formed on a straight line in the longitudinal direction at intervals. A plurality of grooves arranged on a straight line are called a row of grooves unless otherwise specified. There are a plurality of rows of grooves, which are arranged in the short direction of the strip-shaped current collector 1.

溝の列における、溝2の長手方向のピッチは特に制限されないが、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは10μm〜50μmである。溝2の長手方向のピッチが50μmを超えると、強度の異方性が不十分になり、集電体の溶融による短絡電流の遮断効果が低下するおそれがある。場合によっては、異常発熱が発生するおそれがある。また、溝2の長手方向のピッチが10μm未満でも電池の安全性を高める効果は得られるが、非常に精密な溝2の形成工程が必要になり、集電体の作製コストが上昇するおそれがある。   The pitch in the longitudinal direction of the grooves 2 in the row of grooves is not particularly limited, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 10 μm to 50 μm. When the pitch in the longitudinal direction of the grooves 2 exceeds 50 μm, the strength anisotropy becomes insufficient, and the short-circuit current blocking effect due to melting of the current collector may be reduced. In some cases, abnormal heat generation may occur. Even if the pitch in the longitudinal direction of the grooves 2 is less than 10 μm, the effect of improving the safety of the battery can be obtained, but a very precise groove 2 forming process is required, which may increase the manufacturing cost of the current collector. is there.

溝の列の、幅方向のピッチも特に制限されないが、好ましくは10μm〜3mmである。幅方向のピッチが10μm未満では、帯状集電体1全体としての剛性が低下し、充放電サイクルを繰り返すうちに、帯状集電体1に亀裂などが発生し易くなり、また活物質層の部分的な剥落などが生じ易くなる。その結果、電池性能が低下するおそれがある。一方、幅方向のピッチが3mmを超えると、帯状集電体1における強度の異方性が不足し、内部短絡時に短絡を発生させた物質と集電体との間での導通遮断が不十分になるおそれがある。   The pitch in the width direction of the row of grooves is not particularly limited, but is preferably 10 μm to 3 mm. If the pitch in the width direction is less than 10 μm, the rigidity of the entire belt-shaped current collector 1 is lowered, and cracks and the like are likely to occur in the belt-shaped current collector 1 as the charge / discharge cycle is repeated. Peeling easily occurs. As a result, battery performance may be reduced. On the other hand, if the pitch in the width direction exceeds 3 mm, the anisotropy of the strength of the strip-shaped current collector 1 is insufficient, and the electrical conduction between the material that caused the short circuit at the time of the internal short circuit and the current collector is insufficient. There is a risk of becoming.

溝2の、帯状集電体長手方向における長さも特に制限されないが、好ましくは20μm以上、さらに好ましくは20μm〜10mmである。溝2の長さが20μm未満では、帯状集電体1における長手方向の強度と幅方向の強度の差が小さくなり、釘を刺した時に、釘と集電体1との接触面積を小さくする効果が低下するおそれがある。その結果、内部短絡時に、異常発熱が発生する可能性が生じる。また、10mmを超えると、帯状集電体1の長手方向の強度が電極捲回時の応力に耐えられない程度まで低下し、電極捲回時に帯状集電体1が破断するおそれがある。   The length of the groove 2 in the longitudinal direction of the belt-like current collector is not particularly limited, but is preferably 20 μm or more, and more preferably 20 μm to 10 mm. If the length of the groove 2 is less than 20 μm, the difference between the strength in the longitudinal direction and the strength in the width direction of the strip-shaped current collector 1 is reduced, and the contact area between the nail and the current collector 1 is reduced when the nail is stabbed. The effect may be reduced. As a result, there is a possibility of abnormal heat generation during an internal short circuit. If it exceeds 10 mm, the strength in the longitudinal direction of the strip-shaped current collector 1 decreases to such an extent that it cannot withstand the stress during winding of the electrode, and the strip-shaped current collector 1 may be broken during winding of the electrode.

溝2の深さも特に制限されないが、好ましくは帯状集電体1の厚みの17%以上、さらに好ましくは17%〜80%である。溝2の深さが17%未満では、帯状集電体1における長手方向の強度と幅方向の強度の差が小さくなり、釘を刺した時に、釘と集電体1との接触面積を小さくする効果が低下するおそれがある。その結果、内部短絡時に、異常発熱が発生する可能性が生じる。また、溝2の深さが80%を超えると、帯状集電体1全体としての剛性が低下し、集電性の低下、亀裂の発生、活物質層の部分的な剥落などが認められる可能性がある。さらに、電極捲回時に、電極板の破断が起こるおそれがある。
なお、溝2は、帯状集電体1の一方の表面に形成されてもよく、または帯状集電体1の両方の表面に形成されてもよい。
The depth of the groove 2 is not particularly limited, but is preferably 17% or more, more preferably 17% to 80% of the thickness of the strip-shaped current collector 1. When the depth of the groove 2 is less than 17%, the difference between the strength in the longitudinal direction and the strength in the width direction of the strip-shaped current collector 1 becomes small, and the contact area between the nail and the current collector 1 becomes small when the nail is stabbed. There is a risk that the effect of reducing. As a result, there is a possibility of abnormal heat generation during an internal short circuit. Further, when the depth of the groove 2 exceeds 80%, the rigidity of the entire belt-like current collector 1 is lowered, and it is possible to observe a decrease in current collecting property, generation of cracks, partial peeling of the active material layer, and the like. There is sex. Furthermore, there is a possibility that the electrode plate breaks when the electrode is wound.
The groove 2 may be formed on one surface of the strip-shaped current collector 1 or may be formed on both surfaces of the strip-shaped current collector 1.

正極集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどからなる金属箔に、前記したような薄肉部、好ましくは溝2を形成したものである。金属箔の厚みは特に制限されないが、好ましくは1〜500μm、さらに好ましくは5〜20μmである。金属箔の厚みを前記範囲から選択することにより、電極板の剛性を保持しつつ、電池の軽量化を達成することができる。溝2は、たとえば、レーザ加工、エッチング加工などにより形成できる。   The positive electrode current collector is a metal foil made of stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, or the like, in which a thin portion as described above, preferably the groove 2 is formed. Although the thickness of metal foil is not specifically limited, Preferably it is 1-500 micrometers, More preferably, it is 5-20 micrometers. By selecting the thickness of the metal foil from the above range, it is possible to reduce the battery weight while maintaining the rigidity of the electrode plate. The groove 2 can be formed by, for example, laser processing, etching processing, or the like.

正極活物質層は、正極集電体の一方または両方の表面に形成される。正極活物質層は、正極活物質を含有し、さらに必要に応じて、結着剤、導電材などを含有する。
正極活物質としては、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用できるが、容量、安全性などを考慮すると、リチウム含有複合金属酸化物、オリビン型リチウム塩などが好ましい。
The positive electrode active material layer is formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector. The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, and further contains a binder, a conductive material, and the like as necessary.
As the positive electrode active material, those commonly used in the field of non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, but lithium-containing composite metal oxides, olivine-type lithium salts, and the like are preferable in view of capacity, safety, and the like.

リチウム含有複合金属酸化物としては、たとえば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-y2、LixCoy1-yz、LixNi1-yyz、LixMn24、LixMn2-yy4、LiMPO4、Li2MPO4F(式中MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、SbおよびBよりなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を示す。xはリチウム原子のモル比を示し、0〜1.2である。yは遷移金属原子のモル比を示し、0〜0.9である。zは酸素原子のモル比を示し、2〜2.3である。)などが挙げられる。リチウム原子のモル比を示すxの値は充放電に伴って増減し、さらに好ましくは0.8〜1.5である。yの値はさらに好ましくは0を超え、0.9以下である。オリビン型リチウム塩としては、たとえば、LiFePO4などが挙げられる。正極活物質は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the lithium-containing composite metal oxide include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1 -y O 2 , Li x Co y M 1 -y O z , and Li x. Ni 1-y M y O z , Li x Mn 2 O 4, Li x Mn 2-y M y O 4, LiMPO 4, Li 2 MPO 4 F (M in the formula Na, Mg, Sc, Y, Mn, It represents at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B. x represents the molar ratio of lithium atoms and is 0 to 1.2. y represents the molar ratio of transition metal atoms, and is 0 to 0.9, and z represents the molar ratio of oxygen atoms, and is 2 to 2.3. The value x indicating the molar ratio of lithium atoms increases and decreases with charge and discharge, and more preferably 0.8 to 1.5. The value of y is more preferably more than 0 and 0.9 or less. Examples of the olivine type lithium salt include LiFePO 4 . A positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

結着剤は特に制限されず、非水電解質二次電池の分野で常用されるものを使用できる。たとえば、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、フッ素樹脂、ゴム粒子などを使用できる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などが挙げられる。ゴム粒子としては、スチレン−ブタジエンゴム粒子、アクリロニトリルゴム粒子などが挙げられる。結着剤は1種を単独で使用できまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて使用できる。   The binder is not particularly limited, and those commonly used in the field of nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used. For example, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, fluororesin, rubber particles and the like can be used. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Examples of the rubber particles include styrene-butadiene rubber particles and acrylonitrile rubber particles. A binder can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type as needed.

導電材としては、たとえば、天延黒鉛、人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類などの炭素材料が挙げられる。導電材は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   Examples of the conductive material include carbon materials such as carbon blacks such as Tennobu graphite, artificial graphite graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. A conductive material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極活物質層は、たとえば、正極合剤ペーストを正極集電体表面に塗布し、乾燥し、さらに必要に応じて圧延することにより形成できる。正極合剤ペーストは、たとえば、正極活物質を、必要に応じて、結着剤、導電材などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。分散媒には、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミドなどを使用できる。   The positive electrode active material layer can be formed, for example, by applying a positive electrode mixture paste to the surface of the positive electrode current collector, drying, and rolling as necessary. The positive electrode mixture paste can be prepared, for example, by adding a positive electrode active material to a dispersion medium together with a binder, a conductive material, and the like, if necessary. As the dispersion medium, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran, dimethylformamide and the like can be used.

負極は、負極集電体および負極活物質層を含む。
負極集電体は、正極集電体と同様の、強度の異方性を有する帯状集電体である。強度の異方性を有する帯状集電体とは、たとえば、薄肉部が形成された帯状集電体である。これは、正極集電体の項で説明したものと同様の構成を有するものである。また、薄肉部が形成された帯状集電体は、集電体表面に溝が形成された帯状集電体をも包含する。表面に溝が形成された帯状集電体は、正極集電体の項で説明したものと同様の構成を有するものである。
The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer.
The negative electrode current collector is a strip-shaped current collector having anisotropy in strength similar to the positive electrode current collector. The band-shaped current collector having strength anisotropy is, for example, a band-shaped current collector in which a thin portion is formed. This has the same configuration as that described in the section of the positive electrode current collector. Moreover, the strip | belt-shaped electrical power collector in which the thin part was formed also includes the strip | belt-shaped electrical power collector with which the groove | channel was formed in the electrical power collector surface. The band-shaped current collector having grooves formed on the surface has the same structure as that described in the section of the positive electrode current collector.

負極集電体は、たとえば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などからなる金属箔に薄肉部、好ましくは溝を形成したものである。金属箔の厚みは、好ましくは1〜500μm、さらに好ましくは5〜20μmである。金属箔の厚みを前記範囲から選択することにより、負極板の剛性を保持しつつ、電池の軽量化を図ることができる。   The negative electrode current collector is formed by forming a thin portion, preferably a groove, on a metal foil made of, for example, stainless steel, nickel, copper, copper alloy or the like. The thickness of the metal foil is preferably 1 to 500 μm, more preferably 5 to 20 μm. By selecting the thickness of the metal foil from the above range, the battery can be reduced in weight while maintaining the rigidity of the negative electrode plate.

なお、本発明では、正極集電体および負極集電体のいずれか一方または両方を、強度の異方性を有する帯状集電体で構成することにより、本発明の効果が得られる。正極集電体および負極集電体のいずれか一方に強度の異方性を有する帯状集電体を用いる場合、もう一方の集電体は一般に用いられる無孔または多孔性の金属箔、金属繊維の不織布、織布などを使用できる。これらの材料になる金属は、正極集電体ではステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタンなどであり、負極集電体ではステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などである。   In the present invention, the effect of the present invention can be obtained by configuring either one or both of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector with a band-shaped current collector having strength anisotropy. When a band-shaped current collector having strength anisotropy is used for one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, the other current collector is a generally used nonporous or porous metal foil, metal fiber Nonwoven fabric, woven fabric, etc. can be used. The metal which becomes these materials is stainless steel, aluminum, aluminum alloy, titanium or the like for the positive electrode current collector, and stainless steel, nickel, copper, copper alloy or the like for the negative electrode current collector.

負極活物質層は負極活物質を含有し、必要に応じて結着剤および導電材を含有する。
負極活物質としては、たとえば、炭素材料、合金系負極活物質、合金材料などが挙げられる。炭素材料としては、たとえば、各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素などが挙げられる。
合金系負極活物質は、リチウムと合金化することによりリチウムを吸蔵および放出する活物質である。合金系負極活物質には、たとえば、珪素を含有する合金系負極活物質、錫を含有する合金系負極活物質などがある。
The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material, and contains a binder and a conductive material as necessary.
Examples of the negative electrode active material include a carbon material, an alloy-based negative electrode active material, and an alloy material. Examples of the carbon material include various natural graphite, coke, graphitized carbon, carbon fiber, spherical carbon, various artificial graphite, amorphous carbon, and the like.
The alloy-based negative electrode active material is an active material that occludes and releases lithium when alloyed with lithium. Examples of the alloy-based negative electrode active material include an alloy-based negative electrode active material containing silicon and an alloy-based negative electrode active material containing tin.

珪素を含有する合金系負極活物質としては、たとえば、珪素、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素含有合金、珪素化合物などが挙げられる。珪素酸化物としては、たとえば、組成式:SiOa(0.05<a<1.95)で表される酸化珪素が挙げられる。珪素窒化物としては、たとえば、組成式:SiNb(0<b<4/3)で表される窒化珪素が挙げられる。珪素含有合金としては、たとえば、珪素とFe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、SnおよびTiよりなる群から選ばれる1または2以上の元素を含む合金が挙げられる。珪素化合物としては、たとえば、珪素、珪素酸化物、珪素窒化物または珪素含有合金に含まれる珪素の一部がB、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、NおよびSnよりなる群から選ばれる1または2以上の元素で置換された化合物が挙げられる。 Examples of the alloy-based negative electrode active material containing silicon include silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon-containing alloy, and silicon compound. Examples of the silicon oxide include silicon oxide represented by the composition formula: SiO a (0.05 <a <1.95). Examples of the silicon nitride include silicon nitride represented by the composition formula: SiN b (0 <b <4/3). Examples of the silicon-containing alloy include an alloy containing silicon and one or more elements selected from the group consisting of Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, and Ti. It is done. As the silicon compound, for example, a part of silicon contained in silicon, silicon oxide, silicon nitride or silicon-containing alloy is B, Mg, Ni, Ti, Mo, Co, Ca, Cr, Cu, Fe, Mn, Examples thereof include compounds substituted with one or more elements selected from the group consisting of Nb, Ta, V, W, Zn, C, N and Sn.

錫を含有する合金系負極活物質としては、たとえば、錫、錫酸化物、錫含有合金、錫化合物などが挙げられる。錫酸化物としては、たとえば、SnO2、組成式:SnOd(0<d<2)で表される酸化珪素などが挙げられる。錫含有合金としては、たとえば、Ni−Sn合金、Mg−Sn合金、Fe−Sn合金、Cu−Sn合金、Ti−Sn合金などが挙げられる。錫化合物としては、たとえば、SnSiO3、Ni2Sn4、Mg2Snなどが挙げられる。
負極活物質は1種を単独で使用できまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
Examples of the alloy-based negative electrode active material containing tin include tin, tin oxide, a tin-containing alloy, and a tin compound. Examples of the tin oxide include SnO 2 and silicon oxide represented by a composition formula: SnO d (0 <d <2). Examples of the tin-containing alloy include a Ni—Sn alloy, a Mg—Sn alloy, a Fe—Sn alloy, a Cu—Sn alloy, and a Ti—Sn alloy. Examples of the tin compound include SnSiO 3 , Ni 2 Sn 4 , and Mg 2 Sn.
A negative electrode active material can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type.

結着剤および導電材は、正極活物質層に含有されても良い結着剤および導電材と同様のものを使用できる。結着剤としては、フッ素樹脂、スチレンブタジエンゴムなどが好ましい。   As the binder and the conductive material, the same binder and conductive material that may be contained in the positive electrode active material layer can be used. As the binder, fluororesin, styrene butadiene rubber and the like are preferable.

負極活物質層は、たとえば、負極合剤ペーストを負極集電体表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成できる。負極合剤ペーストは、たとえば、負極活物質を、必要に応じて、結着材、導電材、増粘剤などとともに分散媒に添加して混合することにより調製できる。増粘剤としては、たとえば、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。分散媒には、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、水などを使用できる。
また、負極活物質として合金系負極活物質を用いる場合には、蒸着法、スパッタリング法、化学的気相成長法などにより負極活物質層を形成してもよい。
The negative electrode active material layer can be formed, for example, by applying a negative electrode mixture paste to the surface of the negative electrode current collector, drying, and rolling as necessary. The negative electrode mixture paste can be prepared, for example, by adding a negative electrode active material to a dispersion medium together with a binder, a conductive material, a thickener, and the like as necessary. Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose. As the dispersion medium, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran, dimethylformamide, water and the like can be used.
When an alloy-based negative electrode active material is used as the negative electrode active material, the negative electrode active material layer may be formed by vapor deposition, sputtering, chemical vapor deposition, or the like.

多孔質絶縁層は、正極と負極との間に配置され、正極と負極とを絶縁する。多孔質絶縁層には、たとえば、合成樹脂製多孔質シートが挙げられる。該多孔質シートを構成する合成樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン、ポリアミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。合成樹脂製多孔質シートには、樹脂繊維の不織布、織布なども含まれる。これらの中でも、内部に形成される空孔の径が0.05〜0.15μm程度である多孔質シートが好ましい。このような多孔質シートは、イオン透過性、機械的強度および絶縁性を高い水準で兼ね備えている。また、多孔質シートの厚さは、たとえば、5〜20μmであればよい。   The porous insulating layer is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and insulates the positive electrode and the negative electrode. Examples of the porous insulating layer include a synthetic resin porous sheet. Examples of the synthetic resin constituting the porous sheet include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyamides, and polyamideimides. The synthetic resin porous sheet includes non-woven fabrics and woven fabrics of resin fibers. Among these, a porous sheet in which the diameter of pores formed inside is about 0.05 to 0.15 μm is preferable. Such a porous sheet has high levels of ion permeability, mechanical strength, and insulation. Moreover, the thickness of a porous sheet should just be 5-20 micrometers, for example.

非水電解質としては、たとえば、液状非水電解質、ゲル状非水電解質、固体状電解質(たとえば高分子固体電解質)などが挙げられる。
液状非水電解質は、溶質(支持塩)と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常非水溶媒中に溶解する。液状非水電解質は、たとえば、絶縁層に含浸される。
Examples of the non-aqueous electrolyte include a liquid non-aqueous electrolyte, a gel-like non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte (for example, a polymer solid electrolyte), and the like.
The liquid non-aqueous electrolyte contains a solute (supporting salt) and a non-aqueous solvent, and further contains various additives as necessary. Solutes usually dissolve in non-aqueous solvents. For example, the insulating layer is impregnated with the liquid nonaqueous electrolyte.

溶質としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。ホウ酸塩類としては、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムなどが挙げられる。イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO22NLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム((CF3SO2)(C49SO2)NLi)、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((C25SO22NLi)などが挙げられる。溶質は1種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜2モル/Lの範囲内とすることが望ましい。 The solute can be one commonly used in this field, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAlCl 4, LiSbF 6, LiSCN, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylates, LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, borates, imide salts and the like. Examples of borates include lithium bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ') and bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O') boric acid. Lithium, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) lithium borate Etc. Examples of the imide salts include lithium bistrifluoromethanesulfonate imide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), lithium trifluoromethanesulfonate nonafluorobutanesulfonate ((CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NLi) ), Lithium bispentafluoroethanesulfonate imide ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi), and the like. A solute may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type as needed. The amount of the solute dissolved in the non-aqueous solvent is preferably in the range of 0.5 to 2 mol / L.

非水溶媒としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などが挙げられる。非水溶媒は1種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the non-aqueous solvent, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include cyclic carbonate esters, chain carbonate esters, and cyclic carboxylic acid esters. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and the like. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type as needed.

添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は、たとえば、負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率を向上させる。このような材料の具体例としては、たとえば、ビニレンカーボネート(VC)、4−メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4−エチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート、4−プロピルビニレンカーボネート、4,5−ジプロピルビニレンカーボネート、4−フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートおよびジビニルエチレンカーボネートから選ばれる少なくとも1種が好ましい。なお、上記化合物は、その水素原子の一部がフッ素原子で置換されていてもよい。   Examples of the additive include a material that improves charge / discharge efficiency and a material that inactivates the battery. A material that improves charge / discharge efficiency, for example, decomposes on the negative electrode to form a film having high lithium ion conductivity, and improves charge / discharge efficiency. Specific examples of such materials include, for example, vinylene carbonate (VC), 4-methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4-ethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, 4-propyl vinylene. Examples include carbonate, 4,5-dipropyl vinylene carbonate, 4-phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate (VEC), divinyl ethylene carbonate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one selected from vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and divinyl ethylene carbonate is preferable. In the above compound, part of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.

電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、フェニル基と、フェニル基に隣接する環状化合物基とを含むベンゼン化合物が挙げられる。環状化合物基としては、たとえば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は1種を単独で使用できまたは2種以上を組み合わせて使用できる。ただし、ベンゼン誘導体の液状非水電解質における含有量は、非水溶媒100体積部に対して10体積部以下であることが好ましい。   The material that inactivates the battery inactivates the battery by, for example, decomposing when the battery is overcharged to form a film on the electrode surface. Examples of such a material include benzene derivatives. Examples of the benzene derivative include a benzene compound containing a phenyl group and a cyclic compound group adjacent to the phenyl group. As the cyclic compound group, for example, a phenyl group, a cyclic ether group, a cyclic ester group, a cycloalkyl group, a phenoxy group and the like are preferable. Specific examples of the benzene derivative include cyclohexylbenzene, biphenyl, diphenyl ether, and the like. A benzene derivative can be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type. However, the content of the benzene derivative in the liquid nonaqueous electrolyte is preferably 10 parts by volume or less with respect to 100 parts by volume of the nonaqueous solvent.

ゲル状非水電解質は、液状非水電解質と液状非水電解質を保持する高分子材料とを含むものである。ここで用いる高分子材料は液状物をゲル化させ得るものである。高分子材料としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリ塩化ビニル、ポリアクリレートなどが挙げられる。   The gel-like non-aqueous electrolyte includes a liquid non-aqueous electrolyte and a polymer material that holds the liquid non-aqueous electrolyte. The polymer material used here is capable of gelling a liquid material. As the polymer material, those commonly used in this field can be used, and examples thereof include polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinyl chloride, and polyacrylate.

固体状電解質は、溶質(支持塩)と高分子材料とを含む。溶質は前記で例示したものと同様のものを使用できる。高分子材料としては、たとえば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体などが挙げられる。   The solid electrolyte includes a solute (supporting salt) and a polymer material. Solutes similar to those exemplified above can be used. Examples of the polymer material include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, and the like.

図2は、本発明の実施形態の1つである円筒型非水電解質二次電池10の構成を模式的に示す縦断面図である。円筒型非水電解質二次電池10は、正極11、負極12、セパレータ13、正極リード14、負極リード15、上部絶縁板16、下部絶縁板17、電池ケース18、封口板19、正極端子20および図示しない非水電解質を含む捲回型電池である。正極11および負極12の集電体は、長手方向に延びる複数の溝が表面に形成された帯状集電体である。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10 which is one embodiment of the present invention. The cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, a separator 13, a positive electrode lead 14, a negative electrode lead 15, an upper insulating plate 16, a lower insulating plate 17, a battery case 18, a sealing plate 19, a positive electrode terminal 20, and This is a wound battery including a non-aqueous electrolyte (not shown). The current collectors of the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are band-shaped current collectors having a plurality of grooves extending in the longitudinal direction formed on the surface.

正極11、負極12およびセパレータ13は、正極11、セパレータ13および負極12の順番で重ね合わされ、渦巻き状に捲回される。これにより、捲回型電極群が形成される。正極リード14は、一端が正極11に接続され、他端が封口板19に接続されている。正極リード14の材質は、たとえば、アルミニウムである。負極リード15は、一端が負極12に接続され、他端が負極端子になる電池ケース18の底部内壁に接続されている。負極リード15の材質は、たとえば、ニッケルである。電池ケース18は有底円筒状容器部材であり、長手方向の一端が開口部になり、他端が底部になって、負極端子として機能する。上部絶縁板16および下部絶縁板17は樹脂製部材であり、捲回型電極群を上下から挟持するように配置され、捲回型電極群を他の部材から絶縁する。電池ケース18の材質は、たとえば、鉄である。電池ケース18の内面には、たとえば、ニッケルめっきが施されている。封口板19は、正極端子20を備えている。   The positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13 are superposed in the order of the positive electrode 11, the separator 13, and the negative electrode 12, and are wound in a spiral shape. Thereby, a wound electrode group is formed. The positive electrode lead 14 has one end connected to the positive electrode 11 and the other end connected to the sealing plate 19. The material of the positive electrode lead 14 is, for example, aluminum. The negative electrode lead 15 has one end connected to the negative electrode 12 and the other end connected to the bottom inner wall of the battery case 18 serving as a negative electrode terminal. The material of the negative electrode lead 15 is, for example, nickel. The battery case 18 is a bottomed cylindrical container member, and one end in the longitudinal direction is an opening and the other end is a bottom, and functions as a negative electrode terminal. The upper insulating plate 16 and the lower insulating plate 17 are resin members, are arranged so as to sandwich the wound electrode group from above and below, and insulate the wound electrode group from other members. The material of the battery case 18 is, for example, iron. For example, nickel plating is applied to the inner surface of the battery case 18. The sealing plate 19 includes a positive electrode terminal 20.

円筒型の非水電解質二次電池1は、たとえば、次のようにして作製できる。まず、捲回型電極群の上端部および下端部に、それぞれ、上部絶縁板16および下部絶縁板17を装着し、その状態で電池ケース18内に収容する。正極リード14により接続する。負極12と、負極端子を兼ねる電池ケース18の底部とを、負極リード15により接続する。次いで、非水電解質を電池ケース18内に注液し、さらに、封口板19を用いて、電池ケース18の開口を密封する。これにより、非水電解質二次電池10が得られる。なお、封口板19は、その周縁部にガスケットを装着した状態で電池ケース18の開口に嵌めこんでも良い。   The cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 1 can be manufactured, for example, as follows. First, the upper insulating plate 16 and the lower insulating plate 17 are attached to the upper end portion and the lower end portion of the wound electrode group, respectively, and housed in the battery case 18 in that state. The positive lead 14 is used for connection. The negative electrode 12 and the bottom of the battery case 18 that also serves as a negative electrode terminal are connected by a negative electrode lead 15. Next, a nonaqueous electrolyte is poured into the battery case 18, and the opening of the battery case 18 is sealed using the sealing plate 19. Thereby, the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 is obtained. The sealing plate 19 may be fitted into the opening of the battery case 18 with a gasket attached to the peripheral edge thereof.

本発明の非水電解質電池は、円筒型、角型、平板型、コイン型、ラミネート型などの任意の形状を採ることができる。また、電極群は、捲回型でも積層型でもよい。   The nonaqueous electrolyte battery of the present invention can take any shape such as a cylindrical shape, a square shape, a flat plate shape, a coin shape, and a laminate shape. The electrode group may be a wound type or a laminated type.

以下に実施例および比較例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
(1)正極集電体の作製
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔(58mm×750mm)に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長手方向の長さ(以下単に「長さ」とする)25μm、ピッチ50μmの溝を、レーザ加工により形成し、長手方向の破断強度が幅方向の破断強度よりも大きい帯状正極集電体を作製した。この正極集電体は、長手方向の破断強度が、幅方向の破断強度の102%であった。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
Example 1
(1) Production of positive electrode current collector A strip-shaped aluminum foil (58 mm × 750 mm) having a thickness of 15 μm, a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), and a length in the longitudinal direction (hereinafter simply referred to as “long” A groove-shaped positive electrode current collector having a breaking strength in the longitudinal direction larger than that in the width direction was formed by laser processing to form grooves having a thickness of 25 μm and a pitch of 50 μm. This positive electrode current collector had a breaking strength in the longitudinal direction of 102% of the breaking strength in the width direction.

(2)正極板の作製
正極活物質100重量部およびアセチレンブラック(導電材)2重量部と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、結着剤)3重量部をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解した溶液とを混合して、正極合剤ペーストを調製した。正極活物質には、コバルト酸リチウムを用いた。上記で得られた正極集電体の両面に、正極合剤ペーストを正極リード溶接のため間欠塗布し、乾燥させた後、圧延し、正極を形成した。その後、正極を所定の寸法に裁断して、帯状の正極板を得た。両面の正極活物質層と集電体との合計厚さは150μmとした。
(2) Production of positive electrode plate 100 parts by weight of the positive electrode active material, 2 parts by weight of acetylene black (conductive material) and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF, binder) are added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The dissolved solution was mixed to prepare a positive electrode mixture paste. Lithium cobaltate was used as the positive electrode active material. A positive electrode mixture paste was intermittently applied to both surfaces of the positive electrode current collector obtained above for positive electrode lead welding, dried, and then rolled to form a positive electrode. Thereafter, the positive electrode was cut into a predetermined size to obtain a belt-like positive electrode plate. The total thickness of the positive electrode active material layers on both sides and the current collector was 150 μm.

(3)負極板の作製
鱗片状の人造黒鉛を粉砕および分級して、平均粒子径を20μmに調整し、負極活物質とした。負極活物質100重量部およびスチレンブタジエンゴム(結着剤)1重量部と、カルボキシメチルセルロースの1重量%水溶液100重量部とを混合して、負極合剤ペーストを調製した。負極合剤ペーストを厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の両面に塗布して乾燥させた後、圧延し、負極を形成した。その後、負極を所定の寸法に裁断して帯状の負極板を得た。両面の負極活物質層と集電体との合計厚さは155μmとした。
(3) Production of Negative Electrode Plate Scale-like artificial graphite was pulverized and classified to adjust the average particle size to 20 μm to obtain a negative electrode active material. A negative electrode mixture paste was prepared by mixing 100 parts by weight of the negative electrode active material, 1 part by weight of styrene butadiene rubber (binder) and 100 parts by weight of a 1% by weight aqueous solution of carboxymethyl cellulose. The negative electrode mixture paste was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector), dried, and then rolled to form a negative electrode. Thereafter, the negative electrode was cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped negative electrode plate. The total thickness of the negative electrode active material layers on both sides and the current collector was 155 μm.

(4)ラミネート電池の作製
正極集電体にはアルミニウム製の正極リードの一端を取り付け、負極集電体にはニッケル製の負極リードの一端を取り付けた。正極板と負極板とを厚さ20μmのポリエチレン製多孔質膜(多孔質絶縁層)を介して捲回し、電極群を作製した。この電極群を、非水電解質とともに、アルミニウムラミネートシートからなる外装ケースに挿入した。非水電解質には、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解したものを用いた。
(4) Production of Laminate Battery One end of an aluminum positive electrode lead was attached to the positive electrode current collector, and one end of a nickel negative electrode lead was attached to the negative electrode current collector. The positive electrode plate and the negative electrode plate were wound through a polyethylene porous film (porous insulating layer) having a thickness of 20 μm to produce an electrode group. This electrode group was inserted into an outer case made of an aluminum laminate sheet together with a nonaqueous electrolyte. As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 1: 1 was used.

非水電解質を、正極、負極およびポリエチレン製多孔質膜にそれぞれ含浸させた後、正極リードおよび負極リードの他端を外装ケースの外部に導出させた。この状態で、外装ケースの内部を減圧しながら、外装ケースの端部を溶着させて封口し、本発明の非水電解質二次電池(容量30mAh)を作製した。   After impregnating the nonaqueous electrolyte into the positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene porous membrane, respectively, the other ends of the positive electrode lead and the negative electrode lead were led out of the outer case. In this state, while reducing the pressure inside the outer case, the end portion of the outer case was welded and sealed to produce a nonaqueous electrolyte secondary battery (capacity 30 mAh) of the present invention.

(実施例2)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ4.1μm(アルミニウム箔の厚さの約27%)、長さ25μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
(Example 2)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which a groove having a depth of 4.1 μm (about 27% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 50 μm is formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as described above.

(実施例3)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ5.6μm(アルミニウム箔の厚さの約37%)、長さ25μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
(Example 3)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which grooves having a depth of 5.6 μm (about 37% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 50 μm are formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as described above.

(実施例4)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長さ45μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
Example 4
Example 1 except that a positive electrode current collector in which grooves having a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), a length of 45 μm, and a pitch of 50 μm are formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as described above.

(実施例5)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm、長さ65μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
(Example 5)
The nonaqueous electrolyte of the present invention is the same as in Example 1 except that a positive electrode current collector in which grooves having a depth of 2.6 μm, a length of 65 μm, and a pitch of 50 μm are formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. A secondary battery was prepared.

(実施例6)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長さ25μm、ピッチ40μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
(Example 6)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which a groove having a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 40 μm is formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as described above.

(実施例7)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長さ25μm、ピッチ30μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、本発明の非水電解質二次電池を作成した。
なお、実施例2〜7で得られた正極集電体は、いずれも、長手方向の破断強度が、幅方向の破断強度に対して100%よりも大きく120%以下であった。
(Example 7)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which a groove having a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 30 μm is formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as described above.
In all of the positive electrode current collectors obtained in Examples 2 to 7, the breaking strength in the longitudinal direction was greater than 100% and 120% or less with respect to the breaking strength in the width direction.

(比較例1)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に溝を形成しない正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作成した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode current collector that did not form grooves on the surface of a 15 μm thick strip-shaped aluminum foil was used.

(比較例2)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ1.5μm(アルミニウム箔の厚さの約%)、長さ25μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作成した。
(Comparative Example 2)
Example 1 is used except that a positive electrode current collector in which grooves having a depth of 1.5 μm (about% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 50 μm are formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. Similarly, a nonaqueous electrolyte secondary battery was prepared.

(比較例3)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長さ20μm、ピッチ50μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作成した。
(Comparative Example 3)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which grooves having a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), a length of 20 μm, and a pitch of 50 μm are formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. In the same manner, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.

(比較例4)
厚さ15μmの帯状アルミニウム箔表面に、深さ2.6μm(アルミニウム箔の厚さの約17%)、長さ25μm、ピッチ60μmの溝を形成した正極集電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作成した。
(Comparative Example 4)
Example 1 except that a positive electrode current collector in which a groove having a depth of 2.6 μm (about 17% of the thickness of the aluminum foil), a length of 25 μm, and a pitch of 60 μm is formed on the surface of a strip-shaped aluminum foil having a thickness of 15 μm is used. In the same manner, a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced.

(試験例1)
[安全性評価]
実施例1〜7および比較例1〜4の電池を用い、内部短絡試験を行った。試験は、電池に3mmφの釘を一定速度で貫通させた後、外部電源にて4.2V印加し、短絡を発生させることにより実施した。短絡発生後、短絡が1秒以上継続するか否かを測定した。
(Test Example 1)
[Safety evaluation]
An internal short circuit test was performed using the batteries of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4. The test was carried out by passing a 3 mmφ nail through the battery at a constant speed and then applying 4.2 V with an external power source to generate a short circuit. After the occurrence of the short circuit, it was measured whether the short circuit continued for 1 second or more.

[捲回時の正極板破断評価]
実施例1の(2)正極板の作製および(3)負極板の作製と同様にして得られた正極および負極を、それぞれ、幅3cm、長さ50cmに裁断して正極板および負極板を作製した。この正極板と負極板とを、ポリエチレン製多孔質膜を介して3mmφの巻き芯にて捲回を行い、電極群を作成した。電極群を分解後、最内周部で正極板が破断しているかどうかを目視で観察した。結果を表1に示す。
[Evaluation of positive electrode breakage during winding]
The positive electrode and the negative electrode obtained in the same manner as in Example 1 (2) Production of positive electrode plate and (3) Production of negative electrode plate were cut into a width of 3 cm and a length of 50 cm, respectively, to produce a positive electrode plate and a negative electrode plate. did. The positive electrode plate and the negative electrode plate were wound with a 3 mmφ winding core through a polyethylene porous film to prepare an electrode group. After the electrode group was disassembled, it was visually observed whether or not the positive electrode plate was broken at the innermost periphery. The results are shown in Table 1.

Figure 2010009838
Figure 2010009838

表1から、実施例1〜7の電池は、比較例1、3、4の電池に比べて、短絡部周辺温度が低いことが分かる。これは集電体の溝加工により、幅方向の破断強度が低下しているため、貫通時に釘と集電体との接触面積が小さくなることによるものと考えられる。また実施例1の電池は、比較例2の電池に比べて、捲回時の極板破断が抑制されていることが分かる。これは比較例2の集電体が幅方向に溝加工していることにより、長手方向の強度が低下したためと考えられる。
なお、上記実施例ではラミネート型の電池を用いたが、円筒・角型などの形状の異なる電池を用いても同様の効果が得られる。
From Table 1, it can be seen that the batteries of Examples 1 to 7 have a lower short-circuit temperature around the batteries of Comparative Examples 1, 3, and 4. This is thought to be due to the fact that the contact area between the nail and the current collector is reduced during penetration because the breaking strength in the width direction is reduced due to the groove processing of the current collector. In addition, it can be seen that the battery of Example 1 is less susceptible to electrode breakage during winding than the battery of Comparative Example 2. This is presumably because the strength in the longitudinal direction was reduced because the current collector of Comparative Example 2 was grooved in the width direction.
In the above embodiment, a laminate type battery is used, but the same effect can be obtained by using a battery having a different shape such as a cylinder or a square.

本発明の非水電解質二次電池は、高エネルギー密度を有し、高出力が可能なだけでなく、内部短絡時の安全性にも優れている。したがって、本発明の非水電解質二次電池は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、デジタルスチルカメラ、小型工作機器などの携帯用電気電子機器の駆動源、さらには高出力を要求される電力貯蔵用や電気自動車の電源として有用である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a high energy density and is capable of high output as well as excellent safety during internal short circuit. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a driving source for portable electric and electronic devices such as notebook personal computers, mobile phones, digital still cameras, and small machine tools, and also for power storage that requires high output. It is useful as a power source for electric vehicles.

本発明の実施形態の1つである帯状集電体の構成を簡略化して示す上面図である。It is a top view which simplifies and shows the structure of the strip | belt-shaped collector which is one of the embodiment of this invention. 本発明の実施形態の1つである円筒型非水電解質二次電池の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing typically the composition of the cylindrical type nonaqueous electrolyte secondary battery which is one of the embodiments of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 帯状集電体
2 溝
10 円筒型非水電解質二次電池
11 正極
12 負極
13 セパレータ
14 正極リード
15 負極リード
16 上部絶縁板
17 下部絶縁板
18 電池ケース
19 封口板
20 正極端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Band-shaped collector 2 Groove 10 Cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Separator 14 Positive electrode lead 15 Negative electrode lead 16 Upper insulating plate 17 Lower insulating plate 18 Battery case 19 Sealing plate 20 Positive electrode terminal

Claims (10)

正極板と負極板とを多孔質絶縁層を介して積層または捲回した電極群および非水電解質を含む非水電解質二次電池であって、
正極板および負極板の少なくとも一方が、強度に異方性を有する帯状集電体を含む非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery including a non-aqueous electrolyte and an electrode group obtained by laminating or winding a positive electrode plate and a negative electrode plate via a porous insulating layer,
A nonaqueous electrolyte secondary battery in which at least one of a positive electrode plate and a negative electrode plate includes a strip-shaped current collector having anisotropy in strength.
強度に異方性を有する帯状集電体は、強度が破断強度であり、長手方向の破断強度が幅方向の破断強度よりも高い請求項1に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the band-shaped current collector having anisotropy in strength has a breaking strength and a breaking strength in the longitudinal direction is higher than a breaking strength in the width direction. 長手方向の破断強度が、幅方向の破断強度に対して100%よりも大きく120%以下である請求項2に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the breaking strength in the longitudinal direction is greater than 100% and 120% or less with respect to the breaking strength in the width direction. 強度に異方性を有する帯状集電体は、集電体の長手方向に延びる薄肉部を有している請求項1〜3のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the belt-like current collector having anisotropy in strength has a thin portion extending in a longitudinal direction of the current collector. 薄肉部は、帯状集電体表面に溝を形成することにより薄肉化された部分である請求項4に記載の非水電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the thin portion is a portion thinned by forming a groove on the surface of the belt-like current collector. 複数の溝が帯状集電体の長手方向および幅方向から選ばれる少なくとも一方に断続的に形成されている請求項5に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the plurality of grooves are intermittently formed in at least one selected from the longitudinal direction and the width direction of the belt-like current collector. 帯状集電体の長手方向における溝のピッチが50μm以下である請求項6に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 6, wherein the pitch of the grooves in the longitudinal direction of the strip-shaped current collector is 50 μm or less. 帯状集電体の幅方向における溝のピッチが3mm以下である請求項6または7に記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the pitch of the grooves in the width direction of the belt-like current collector is 3 mm or less. 帯状集電体の長手方向における溝の長さが20μm〜10mmである請求項6〜8のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 6 to 8, wherein the length of the groove in the longitudinal direction of the belt-like current collector is 20 µm to 10 mm. 帯状集電体表面に対する溝の深さが、帯状集電体の厚みの17%以上である請求項6〜9のいずれか1つに記載の非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 6 to 9, wherein the depth of the groove with respect to the surface of the band-shaped current collector is 17% or more of the thickness of the band-shaped current collector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014050114A1 (en) * 2012-09-28 2016-08-22 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPWO2015129166A1 (en) * 2014-02-26 2017-03-30 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery

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