JP2010205429A - 非水電解液二次電池および非水電解液二次電池用電極 - Google Patents
非水電解液二次電池および非水電解液二次電池用電極 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、電極基材W3上にリチウムイオンを放出/吸蔵可能なマンガン酸リチウムを含む合剤が塗着された塗着部と、長手方向に沿う一側に合剤が未塗着の未塗着部とを有する正極と、電極基材W3上にリチウムイオンを吸蔵/放出可能な非晶質炭素を含む合剤が塗着された塗着部と、長手方向に沿う一側に合剤が未塗着の未塗着部を有する負極と、正負極との間に介在するセパレータと、を備えている。正負極は、塗着部の未塗着部(リード片)近傍の合剤の塗着厚が未塗着部側に近づくにつれて減少している。
【選択図】図4
Description
<スラリ調製>
1.正極
正極活物質には、公知のように、リチウムイオンを放出/吸蔵可能なマンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を用いることができるが、本例ではマンガン酸リチウム(LiMn2O4)を用いた例で説明する。マンガン酸リチウムとしては、例えば、スピネル構造を有したマンガン酸リチウムのほか、層状岩塩型構造を有するマンガン酸リチウム(LiMnO2)、結晶中のリチウムやマンガンの一部をそれら以外の元素、例えば、Fe、Co、Ni、Cr、Al、Mg等の元素で置換あるいはドープした材料や結晶中の酸素の一部をS、P等で置換あるいはドープした材料を使用するようにしてもよい。
一方、負極活物質には、公知のように、リチウムイオンを吸蔵/放出可能な炭素材料を用いることができるが、本例では非晶質炭素を用いた例で説明する。負極活物質として非晶質炭素粉末90重量部と、バインダとしてPVDF10重量部とを混合し、さらに、必要に応じて導電助材(例えば、アセチレンブラック等の導電性炭素材)を混合し(この場合には、例えば、非晶質炭素粉末:バインダ:導電助材=90:5:5)、これに分散溶媒のNMPを添加、混練して負極スラリを作製する。このNMPも電極基材上に塗工するときの粘度調整をするためにも使用される。
次に、図2(A)および図3を参照して、電極基材(集電体)W3へのスラリの両面塗工例について説明する。本実施形態では、正極基材に厚さ20μmのアルミニウム箔、負極基材に厚さ10μmの圧延銅箔が用いられている。以下、説明を簡単にするために、正極基材へのスラリの塗工について例示するが、負極基材についても同じである(このため、正極基材であるアルミニウム箔を電極基材W3として説明する。)。なお、負極への活物質合剤の塗着厚は負極の放電容量と正極の放電容量の比(−/+容量比)が1.0で一定となるように調整する。
上述した乾燥機は、搬送される電極に対し複数のヒータなどの熱源が所定間隔で配置されており、電極基材W3に塗工されたスラリから分散溶媒を蒸発させるものである。スラリが塗工された電極基材W3は、乾燥機内を搬送され、ヒータなどの熱源による加熱よりスラリを構成する分散溶媒が蒸発し、電極基材W3には活物質合剤W2が2倍幅分で塗着され(図2(B)参照)、乾燥後に金属や各種プラスチックを材質とするパイプ状のコアを芯とした巻き取り装置でロール状に巻き取られる。
乾燥機を出てロール状に巻き取られた電極をリード片形成装置に移して引出し、活物質合剤W2が塗着されていない未塗着部を切り欠くことにより所定間隔で正極リード片2(負極リード片3)を形成する。なお、本明細書では、分散溶媒を含むスラリを電極基材W3に塗る場合に「塗工」の用語を使用し、スラリが乾燥して活物質合剤W2が電極基材W3に塗られている状態に「塗着」の文言を使用している。上述した切り欠きは、金属ローラに所定形状の刃物を埋め込んだ専用ローラ対を配置し、専用ローラ対を構成する2本のローラはともに駆動ローラであり、電極をこのローラ対に通過させることにより、未塗着部に所定間隔で複数の正極リード片2(負極リード片3)を形成する。この工程は専用ローラ対に代えて、例えば、所定形状に刃物を埋め込んだ打ち抜き体を装着したプレス装置を用いるようにしてもよい。
専用ローラ対の下流側には、活物質合剤W2が塗着された電極基材W3の両面を所定の線圧でプレスするヒートローラ対が配置されている。ヒートローラ対を構成する2本のローラはともに駆動ローラであり、ローラ内には、ニクロム線やヒートランプ等の熱源が内蔵されている。活物質合剤W2が塗着された電極基材W3は、ヒートローラ対間を搬送され所定の厚さおよびかさ密度に設定されて2倍幅分の電極が構成される(図2(B)参照)。
ヒートローラ対の下流側には、活物質合剤W2が塗着された2倍幅分の電極を切断することにより幅方向で1枚分の電極に分離する切断装置が配置されている。このような切断装置は、例えば、電極に対して移動(進退)可能な板状の台座と、同じく、電極に対して移動(進退)可能で複数の切断部を有するカッタとを有して構成されている。なお、切断装置は、電極を一定の張力で保持する張力保持機構を有している。
切断装置の下流側には、幅方向で1枚分の電極に分離されたフープ状の極板を巻き取る極板巻取リールが所定間隔隔てて配設されている。幅方向で1枚分に分離された電極はロール状にそれぞれ巻取リールを中心に巻き取られる。これにより、ロール状に巻き取られた(フープ状の)電極を得ることができる。
図1に示すように、正極と負極とは、両極が直接接触しないように、幅94mm、厚さ40μmの多孔質ポリエチレン製のセパレータを介して、グラスファイバーを30%含有したポリプロピレン製で中空円筒状の軸芯1を中心として断面渦巻き状に捲回され、電極群6が構成されている。電極群6を構成するには一般に捲回装置が使用されており、本実施形態でも、正負極をセパレータを介して捲回する捲回装置を用いて電極群6を構成した。なお、捲回装置はフープ状の電極およびセパレータを所定長さ(1個分の電極等の長さ)に切断するためのカッタを有している。
電池容器7の内底面には、負極の電池容器7への電気的導通のため、銅製で断面略逆ハット状の負極リード板8のハット部が抵抗溶接で接合されている。負極リード板8の上部には、負極からの電位を集電するための銅製の負極集電リング5が電極群6の下端面と対向するように配置されている。負極集電リング5の内周側は軸芯1の下端部で軸芯1に嵌合している。また、負極集電リング5の外縁部(フランジ部)は負極リード板8のハット周縁部(フランジ部)上面および立ち上がり部に当接しており、負極集電リング5の立ち下がり部端面(外周部先端)も負極リード板8に当接している。負極集電リング5の立ち下がり部(外周部)には、負極から導出された負極リード片3の先端部が集められて超音波溶接されている。従って、本実施形態では、電池容器7が負極外部端子として機能する。
実施例1の電極群では、図4に示すように、正負極の活物質合剤W2の塗着厚が、幅方向において塗着部中央から両端部に向けて単調減少するように電極基材W3上に塗着された2倍幅分の電極を、切断装置により幅方向で1枚分の電極に切断し、この電極を捲回装置によりセパレータを介して捲回するとともに所定長さに切断して用いた。従って、実施例1の電極群で用いた電極は、塗着部のリード片近傍(未塗着部近傍)の活物質合剤の塗着厚が塗着部のリード片の反対側の端部からリード片に向けて減少しているものである。
実施例2の電極群では、図5に示すように、正負極の活物質合剤W2の塗着厚が、長手方向と交差する幅方向において塗着部の中央部が平坦でかつ塗着部の両端部が外側に向かって漸減するよう塗着した2倍幅分の電極を、切断装置により幅方向で1枚分の電極に切断し、この電極を捲回装置によりセパレータを介して捲回するとともに所定長さに切断して用いた。従って、実施例2の電極群で用いた電極は、塗着部のリード片近傍(未塗着部近傍)の活物質合剤の塗着厚がリード片に近づくにつれて減少しているとともに、塗着部のリード片の反対側からリード片近傍まで平坦なものである。
従来例の電極群では、正負極の活物質合剤W2の塗着厚を、幅方向において均一に塗工した2倍幅分の電極を、切断装置により幅方向で1枚分の電極に切断し、この電極を捲回装置によりセパレータを介して捲回するとともに所定長さに切断して用いた。
表1に、実施例1、2および従来例の電極群をそれぞれ100本作製したときの結果を示す。なお、評価の判定基準として、プレス加工時に電極の湾曲・破断、捲回時に電極群径不良・破断が起きた場合、不良と判断した。
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池20の効果等について説明する。
3 負極リード片(リード部)
20 リチウムイオン二次電池(非水電解液二次電池)
W1 コンマロール
W2 活物質合剤
W3 電極基材
Claims (11)
- 電極基材上にリチウムイオンを放出/吸蔵可能な活物質を含む合剤が塗着された塗着部と、長手方向に沿う一側に前記合剤が未塗着の未塗着部とを有する正極と、
電極基材上にリチウムイオンを吸蔵/放出可能な活物質を含む合剤が塗着された塗着部と、長手方向に沿う一側に前記合剤が未塗着の未塗着部を有する負極と、
前記正負極との間に介在するセパレータと、
を備え、
前記正負極は、前記塗着部の前記未塗着部近傍の合剤の塗着厚が前記未塗着部側に近づくにつれて減少していることを特徴とする非水電解液二次電池。 - 前記正負極は、前記塗着部の合剤の塗着厚が前記塗着部の前記未塗着部の反対側の端部から前記未塗着部に向けて減少していることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正負極は、前記塗着部の前記未塗着部近傍の合剤の塗着厚が前記未塗着部側に近づくにつれて減少しているとともに、前記塗着部の前記未塗着部の反対側の端部から前記未塗着部近傍まで平坦であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正負極は前記セパレータを介して捲回ないし積層されたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正負極は前記セパレータを介して前記未塗着部が互いに反対側に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正負極は、前記未塗着部が切り欠かれてリード部が形成されたことを特徴とする請求項5に記載の非水電解液二次電池。
- 電極基材と、
前記電極基材上に配置され、リチウムイオンを放出/吸蔵可能な活物質を含む合剤が塗着された塗着部と、
前記電極基材の長手方向に沿う両側に形成され、前記合剤が未塗着の未塗着部と、
を備え、
前記塗着部の前記未塗着部近傍の合剤の塗着厚が前記未塗着部側に近づくにつれて減少していることを特徴とする非水電解液二次電池用電極。 - 前記塗着部の合剤の塗着厚が前記塗着部中央から前記未塗着部に向けて減少していることを特徴とする請求項7に記載の非水電解液二次電池用電極。
- 前記塗着部の前記未塗着部近傍の合剤の塗着厚が前記未塗着部側に近づくにつれて減少しているとともに、前記塗着部中央から前記未塗着部近傍まで平坦であることを特徴とする請求項7に記載の非水電解液二次電池用電極。
- 前記電極基材の長手方向に沿って前記塗着部中央で2分割するように切断されたことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極。
- 前記未塗着部が切り欠かれてリード部が形成されたことを特徴とする請求項7ないし請求項10のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用電極。
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