JP2012174414A - Nonaqueous electrolyte battery and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、非水電解質電池及びその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a nonaqueous electrolyte battery and a method for manufacturing the same.
非水電解質二次電池を高容量化するためには、活物質を増量する必要がある。所定の電池寸法を維持しながら活物質を増量するために、電極を圧縮することが試みられている。電極を圧縮することにより、活物質層の密度が増大し、これによって活物質を増量することができる。しかしながら、活物質層の密度が増大すると、活物質層内の空隙が減少する。そのため、電解液が活物質層に吸収されにくく、電池の生産性が低下するという問題がある。 In order to increase the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery, it is necessary to increase the amount of the active material. Attempts have been made to compress the electrodes in order to increase the amount of active material while maintaining predetermined battery dimensions. By compressing the electrode, the density of the active material layer is increased, whereby the amount of the active material can be increased. However, as the density of the active material layer increases, the voids in the active material layer decrease. Therefore, there is a problem that the electrolytic solution is not easily absorbed by the active material layer, and the productivity of the battery is reduced.
生産性に優れた高容量の非水電解質電池及びその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-capacity nonaqueous electrolyte battery excellent in productivity and a method for producing the same.
実施形態によれば、正極、負極、セパレータ、及び非水電解質を含む非水電解質電池が提供される。前記正極は、正極集電体と該正極集電体上に形成された活物質層とを含む。前記負極は、負極集電体と該負極集電体上に形成された活物質層とを含む。前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の活物質層は、粗面化された表面を有する。前記粗面化された表面において、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さは、前記粗面化された表面を有する活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内である。 According to the embodiment, a nonaqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte is provided. The positive electrode includes a positive electrode current collector and an active material layer formed on the positive electrode current collector. The negative electrode includes a negative electrode current collector and an active material layer formed on the negative electrode current collector. The active material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode has a roughened surface. In the roughened surface, the maximum height of the convex portion from the average height of the concave and convex portions is 5% or more and 30% or less of the average thickness of the active material layer having the roughened surface. Is within the range.
以下、各実施形態について、図面を参照して説明する。 Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、角型の非水電解質電池1の外観図である。図2は、図1の非水電解質電池1の展開斜視図である。図2に示すように、非水電解質電池1は、偏平型の電極群2を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is an external view of a square
電極群2は外装缶3に収容される。外装缶3の開口部には蓋4が取り付けられ、これによって外装缶3が密封される。蓋4には、正極端子5及び負極端子6が備えられる。正極端子5は、絶縁ガスケット9を介して蓋4に例えばかしめ固定によって取り付けられている。負極端子6は、絶縁ガスケット10を介して蓋4に例えばかしめ固定によって取り付けられている。
The
外装缶3内部には、正極リード7及び負極リード8が備えられる。正極リード7及び負極リード8は、それぞれ、貫通孔を有する接続プレートと、該接続プレートから二股に分岐し、下方に延出した短冊状の集電部とを有する。正極リード7は、その貫通孔に正極端子5がかしめ固定されることにより、蓋4に固定される。また、これにより、正極端子5と正極リード7が電気的に接続される。負極リード8は、その貫通孔に負極端子6がかしめ固定されことにより、蓋4に固定される。また、これにより、負極端子6と負極リード8とが電気的に接続される。
Inside the
図3に、電極群2の展開斜視図を示す。電極群2は、正極11と負極12とがセパレータ13を介して積層され、偏平形状に捲回された構成を有する。
FIG. 3 is a developed perspective view of the
正極11は、正極集電体11aと正極活物質層11bを備える。正極活物質層11bは、正極集電体11aの片面又は両面に形成される。また、正極活物質層11bは、正極11の長手方向と平行な端部を残して形成される。これにより、正極の長手方向と平行な端部に、正極集電体11aが露出した非塗工部が残される。この非塗工部は、正極集電タブ11cとして用いられる。正極集電タブ11cは、正極の両端に形成されてもよいが、一端のみに形成されることが好ましい。
The
負極12は、負極集電体12aと負極活物質層12bを備える。負極活物質層12bは、負極集電体12aの片面又は両面に形成される。また、負極活物質層12bは、負極12の長手方向と平行な端部を残して形成される。これにより、負極の長手方向と平行な端部に、負極集電体12aが露出した非塗工部が残される。この非塗工部は、負極集電タブ12cとして用いられる。負極集電タブ12cは、負極の両端に形成されてもよいが、一端のみに形成されることが好ましい。
The
正極11及び負極12は、正極集電タブ11cが電極群の捲回軸方向にセパレータ13から突出し、かつ負極集電タブ12cがこれとは反対方向にセパレータ13から突出するよう、正極11及び負極12の位置をずらして重ねられ、捲回される。これにより、電極群2は、図2に示すように、一方の端面から渦巻状に捲回された正極集電タブ11cが突出し、かつ他方の端面から渦巻状に捲回された負極集電タブ12cが突出している。電極群2は、巻止するため、及び、電極群2と外装缶3とを絶縁するために、図2に示すように最外周を絶縁テープ14によって覆われる。
The
図2に示すように、正極集電タブ11cは正極リード7と接合される。これにより、正極11と正極リード7及び正極端子5が電気的に接続される。同様に、負極集電タブ12cは負極リード8と接合される。これにより、負極12と負極リード8及び負極端子6が電気的に接続される。正負極集電タブ11c,12cと正負極リード7,8との接合は、例えば超音波溶接によって行うことができる。
As shown in FIG. 2, the positive electrode current collecting
正負極リード7,8と正負極集電タブ11c,12cとが接合された電極群2と、電解液とが外装缶3に収容される。蓋4が外装缶3の開口部に接合されることにより密封される。接合は、例えばレーザーを用いたシーム溶接によって行うことができる。
The
外装缶3及び蓋4は、それぞれ、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄及びステンレスのような金属で形成されてよい。外装缶3と蓋4は、異なる種類の金属から形成されてもよいが、同じ種類の金属から形成されることが好ましい。
The
正極集電体11aは、アルミニウム箔又はMg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiから成る群より選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔から形成されることが好ましい。負極集電体12aは、アルミニウム箔、Mg、Ti、Zn、Mn、Fe、Cu及びSiから成る群より選択される一以上の元素を含むアルミニウム合金箔、又は銅箔から形成されることが好ましい。
The positive electrode
本実施形態において、正極活物質層11b及び負極活物質層12bの少なくとも一方の活物質層は、粗面化された表面を有する。前記粗面化された表面において、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さは、前記粗面化された表面を有する活物質層の平均厚さの5〜30%の範囲内である。
In the present embodiment, at least one of the positive electrode
図4は、粗面化された表面の断面を拡大した模式図である。図4に示すように、粗面化された表面には、微小な複数の溝が形成されている。この溝は、山状の凸部と谷状の凹部から構成されるものであり、基準面16より高い部分を凸部と称し、低い部分を凹部と称する。基準面16は、凸部及び凹部の平均高さであり、凸部の総面積と凹部の総面積が等しくなるように決定される。基準面16から凸部の頂点までの長さを凸部の高さと称し、最も高い凸部の高さ17が凸部の最大高さ(Rp)である。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of the cross section of the roughened surface. As shown in FIG. 4, a plurality of minute grooves are formed on the roughened surface. This groove is composed of a mountain-shaped convex portion and a valley-shaped concave portion, and a portion higher than the
本実施形態において、粗面化された表面は、凸部の最大高さ(Rp)が、該粗面化された表面を有する活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内である。 In the present embodiment, the roughened surface has a maximum height (Rp) of the convex portion within the range of 5% to 30% of the average thickness of the active material layer having the roughened surface. It is.
本実施形態に従って、活物質層の表面を粗面化し、複数の溝を形成することにより、電解液の吸液性を向上させることができる。よって、電池の製造において量産性を向上させることができる。 According to this embodiment, the surface of the active material layer is roughened to form a plurality of grooves, whereby the liquid absorbability of the electrolytic solution can be improved. Therefore, mass productivity can be improved in battery manufacture.
凸部の最大高さ(Rp)が大きいほど表面の粗さが大きくなる。凸部の最大高さ(Rp)を活物質層の平均厚さの5%以上にすることにより、吸液性を向上する効果が得られる。一方、凸部の最大高さ(Rp)を活物質層の平均厚さの30%以下にすることにより、セパレータを貫通して内部短絡が起こる危険性を低減することが出来る。
The surface roughness increases as the maximum height (Rp) of the convex portion increases. By making the maximum height (Rp) of the
活物質層の粗面化された表面に形成された複数の溝は、これに限定されないが、活物質表面において同一方向に形成される。また、複数の溝は、活物質表面の全体にあることが好ましい。 The plurality of grooves formed on the roughened surface of the active material layer are not limited to this, but are formed in the same direction on the surface of the active material. In addition, the plurality of grooves are preferably on the entire surface of the active material.
なお、活物質層は集電体上に形成されているため、粗面化された表面は、集電体側と反対に位置する表面である。 Note that since the active material layer is formed on the current collector, the roughened surface is a surface positioned opposite to the current collector side.
さらに、凸部の最大高さは、セパレータの平均厚さの50%以下であることが好ましい。セパレータの平均厚さの50%以下であることにより、正極活物質層表面と負極活物質層表面のそれぞれの最も高い凸部の場所が一致しても、凸部がセパレータを貫通して内部短絡を引き起こすことを防ぐことができる。 Furthermore, it is preferable that the maximum height of the convex portion is 50% or less of the average thickness of the separator. By being 50% or less of the average thickness of the separator, even if the positions of the highest convex portions on the surface of the positive electrode active material layer and the surface of the negative electrode active material layer coincide, the convex portion penetrates the separator and is internally short-circuited. Can be prevented.
さらに、粗面化された表面を有する活物質層が形成されている集電体は、10μm以上30μm以下の範囲の厚さを有することが好ましい。厚さを10μm以上にすることにより、集電体の破断を防ぐことができる。また、厚さを30μm以下にすることにより、電池のエネルギー密度を向上させることができる。
Furthermore, the current collector on which the active material layer having a roughened surface is formed preferably has a thickness in the range of 10 μm to 30 μm. By making the
正極活物質層11bには、正極活物質が含まれる。正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる酸化物、硫化物、及びポリマーを使用することができる。リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、及び、リチウム燐酸鉄のような活物質は、高い正極電位が得られるためより好ましい。
The positive electrode
負極活物質層12bには、負極活物質が含まれる。負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、及び合金を使用することができる。リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して0.4V以上貴である酸化物が好適に用いられる。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する酸化物を用いると、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応が抑制できる。そのため、負極集電体及び負極に関連する部材をアルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成することができる。そのような酸化物の例には、チタン酸化物及びチタン酸リチウムのようなリチウムチタン複合酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、及び酸化珪素が含まれる。特に、リチウムチタン複合酸化物が好ましい。なお、リチウムイオン吸蔵電位が0.4V(対Li/Li+)以上である酸化物のリチウムイオン吸蔵電位の上限は、これに限定されないが、2Vであることが好ましい。 The negative electrode active material layer 12b contains a negative electrode active material. As the negative electrode active material, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, and alloys that can occlude and release lithium can be used. An oxide having a lithium ion storage / release potential of no less than 0.4 V relative to the lithium metal potential is preferably used. When an oxide having such a lithium ion storage / release potential is used, an alloy reaction between aluminum or an aluminum alloy and lithium can be suppressed. Therefore, the negative electrode current collector and the member related to the negative electrode can be formed of aluminum or an aluminum alloy. Examples of such oxides include lithium titanium composite oxides such as titanium oxide and lithium titanate, tungsten oxide, amorphous tin oxide, tin silicon oxide, and silicon oxide. In particular, lithium titanium composite oxide is preferable. Note that the upper limit of the lithium ion storage potential of an oxide having a lithium ion storage potential of 0.4 V (vs. Li / Li + ) or more is not limited to this, but is preferably 2 V.
セパレータ13は、微多孔性の膜、織布又は不織布であってよく、或いは、それらの組合せであってよい。セパレータ13は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー及びエチレン−ブテン共重合ポリマーからなる群から選択される材料で形成されてよい。
電解液は、非水溶媒に電解質(例えば、リチウム塩)を溶解させることにより調製された非水電解液であってよい。 The electrolytic solution may be a non-aqueous electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte (for example, a lithium salt) in a non-aqueous solvent.
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)、ブチレンカーボネート(BC)、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)、γ−ブチロラクトン(γ-BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。これらの溶媒は単独で使用しても2種以上の溶媒を混合して用いてもよい。
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ過リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、2種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、0.2mol/L〜3mol/Lの範囲であることが好ましい。
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (γ -BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more solvents.
Examples of electrolytes include lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), trifluorometa Examples thereof include lithium salts such as lithium sulfonate (LiCF 3 SO 3 ). The electrolyte may be used alone or in combination of two or more. The amount of electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably in the range of 0.2 mol / L to 3 mol / L.
以上に示した本実施形態によれば、高容量化された電池においても活物質層の吸液性を向上させることができ、生産性に優れた高容量の非水電解質電池を提供することができる。 According to the present embodiment described above, it is possible to improve the liquid absorption of the active material layer even in a battery with a high capacity, and to provide a high capacity non-aqueous electrolyte battery with excellent productivity. it can.
(第2実施形態)
次に、第1実施形態に係る非水電解質電池を製造する方法を説明する。該製造方法は、正極集電体上に活物質層を形成して正極を作製することと、負極集電体上に活物質層を形成して負極を作製することと、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の活物質層の表面を繊維束でブラッシングすることにより、該表面を粗面化することと、前記正極及び負極を、セパレータを介して積層することにより、電極群を作製することとを含む。ここで、前記粗面化は、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さ(Rp)が、粗面化された活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内であるように行われる。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment will be described. The manufacturing method includes forming an active material layer on a positive electrode current collector to produce a positive electrode, forming an active material layer on a negative electrode current collector to produce a negative electrode, and forming the positive electrode and the negative electrode The surface of the active material layer of at least one electrode is brushed with a fiber bundle to roughen the surface, and the positive electrode and the negative electrode are laminated via a separator to produce an electrode group. Including. Here, in the roughening, the maximum height (Rp) of the convex part from the average height of the concave part and the convex part is 5% or more and 30% or less of the average thickness of the roughened active material layer. Done to be within range.
電極群を構成する正極及び負極は、少なくとも一方が本実施形態に従って処理されればよいが、両極共に本実施形態に従って処理されることが好ましい。 At least one of the positive electrode and the negative electrode constituting the electrode group may be processed according to this embodiment, but both electrodes are preferably processed according to this embodiment.
まず、正極製造用スラリー及び負極製造用スラリーをそれぞれ調製する。スラリーは、正極又は負極用の活物質、及び、導電剤及び結着剤を溶媒に懸濁して調製される。 First, a positive electrode manufacturing slurry and a negative electrode manufacturing slurry are prepared. The slurry is prepared by suspending an active material for a positive electrode or a negative electrode, a conductive agent, and a binder in a solvent.
正極活物質及び負極活物質の例は、第1実施形態で記載したとおりである。 Examples of the positive electrode active material and the negative electrode active material are as described in the first embodiment.
導電剤は、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために用いられる。導電剤には、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物を用いることができる。 The conductive agent is used to suppress contact resistance between the active material and the current collector. As the conductive agent, for example, a carbonaceous material such as acetylene black, carbon black, and graphite can be used.
結着剤は、活物質と導電剤を結着させるために用いられる。結着剤には、例えば、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)及びフッ素系ゴムを用いることができる。 The binder is used to bind the active material and the conductive agent. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluorine-based rubber can be used as the binder.
正極製造用スラリーにおける、正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、正極活物質は80重量%以上95重量%以下、導電剤は3重量%以上18重量%以下、結着剤は2重量%以上17重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤が3重量%以上含まれることにより上述した効果が得られ、18重量%以下の範囲で含まれることにより、高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤が2重量%以上含まれることにより十分な電極強度が得られ、17重量%以下の範囲で含まれることにより、絶縁体の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。 The compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder in the positive electrode manufacturing slurry is 80 wt% to 95 wt% for the positive electrode active material, 3 wt% to 18 wt% for the conductive agent, and the binder is It is preferable to be in the range of 2 wt% or more and 17 wt% or less. When the conductive agent is contained in an amount of 3% by weight or more, the above-described effects can be obtained. By including the conductive agent in a range of 18% by weight or less, the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surface of the conductive agent under high temperature storage can be reduced. it can. When the binder is contained in an amount of 2% by weight or more, sufficient electrode strength can be obtained, and when it is contained in the range of 17% by weight or less, the amount of the insulator can be reduced and the internal resistance can be reduced.
負極製造用スラリーにおける、負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質は70重量%以上96重量%以下、導電剤は2重量%以上28重量%以下、結着剤は2重量%以上28重量%以下の範囲にすることが好ましい。導電剤が2重量%以上含まれることにより負極層の集電性能を向上させることができ、電池の大電流特性を向上させることができる。また、結着剤が2重量%以上含まれることにより、負極層と負極集電体の結着性を向上させ、サイクル特性を向上させることができる。一方、高容量化の観点から、導電剤及び結着剤は各々28重量%以下の範囲で含まれることが好ましい。 The mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent and the binder in the slurry for producing the negative electrode is such that the negative electrode active material is 70% by weight to 96% by weight, the conductive agent is 2% by weight to 28% by weight, and the binder is It is preferable to be in the range of 2 wt% or more and 28 wt% or less. By containing 2% by weight or more of the conductive agent, the current collecting performance of the negative electrode layer can be improved, and the large current characteristics of the battery can be improved. In addition, when the binder is contained in an amount of 2% by weight or more, the binding property between the negative electrode layer and the negative electrode current collector can be improved, and the cycle characteristics can be improved. On the other hand, from the viewpoint of increasing the capacity, it is preferable that the conductive agent and the binder are included in a range of 28% by weight or less.
スラリーを調製するための溶媒には、例えばNメチルエチルピロリドンを用いることができる。活物質、導電剤及び結着剤の総重量と溶媒の重量との混合比は、50:50から80:20の範囲であることが好ましい。 For example, N-methylethylpyrrolidone can be used as a solvent for preparing the slurry. The mixing ratio of the total weight of the active material, conductive agent and binder to the weight of the solvent is preferably in the range of 50:50 to 80:20.
次に、正極製造用スラリーを正極集電体上に塗布して乾燥し、正極活物質層を形成する。また、負極製造用スラリーを負極集電体上に塗布して乾燥し、負極活物質層を形成する。正負極のそれぞれにおいて、活物質層は、集電体の片面のみ又は両面に形成してよい。スラリーは、電極の長手方向と平行な端部に当たる部分を残して塗布する。これにより、集電体が露出した非塗工部が得られる。この非塗工部は集電タブとして用いられる。非塗工部は、電極の両方の端部に形成されてもよいが、一方の端部のみに形成されることが好ましい。次いで、必要であれば、電極を裁断し、帯状の形状とする。 Next, the positive electrode manufacturing slurry is applied onto the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer. Moreover, the slurry for negative electrode manufacture is apply | coated on a negative electrode electrical power collector, and it dries, and forms a negative electrode active material layer. In each of the positive and negative electrodes, the active material layer may be formed only on one side or both sides of the current collector. The slurry is applied leaving a portion corresponding to the end parallel to the longitudinal direction of the electrode. Thereby, the non-coating part which the electrical power collector exposed is obtained. This non-coated part is used as a current collecting tab. The non-coated portion may be formed at both ends of the electrode, but is preferably formed only at one end. Next, if necessary, the electrode is cut into a strip shape.
次いで、帯状の電極を圧延処理し、活物質層を圧縮する。圧延処理は、例えば、ローラープレス装置を用いて、ローラーで電極に荷重することにより行うことができる。 Next, the strip-shaped electrode is subjected to a rolling process to compress the active material layer. The rolling process can be performed, for example, by loading the electrode with a roller using a roller press device.
次いで、前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極において、活物質層の表面を繊維束でブラッシングすることにより、該表面を粗面化する。繊維束でブラッシングすることにより、活物質層の表面をわずかに削り取り、微小な複数の溝を形成することができる。 Next, in at least one of the positive electrode and the negative electrode, the surface of the active material layer is brushed with a fiber bundle to roughen the surface. By brushing with a fiber bundle, the surface of the active material layer can be slightly scraped to form a plurality of minute grooves.
ブラッシングは、例えば、図5に示すようなブラシクリーナーを用いて行うことができる。図5に例示したブラシクリーナー18は、ブラシ19と、ブラシの周囲を囲む外装20と、吸引装置21を備える。ブラシ19は、回転軸22に繊維束23が固定された構成を有する。吸引装置21はブラシ19の上方に備えられる。
The brushing can be performed using, for example, a brush cleaner as shown in FIG. The
ブラシクリーナー18は、電極24の活物質層の表面に繊維束23の先端が接触するように配置される。例えば、電極24を一定方向に移動させ、ブラシクリーナー18を固定したまま、ブラシ19を電極24の移動方向とは逆方向に回転させることにより、活物質層の表面をブラッシングすることができる。ブラッシングにより活物質層表面から削り取られた活物質は、吸引装置21により吸引される。
The
このようなブラシクリーナー18を用いて活物質層の表面をブラッシングすることにより、活物質層の表面に一定方向の微小な複数の溝が形成され、表面を粗面化することができる。
By brushing the surface of the active material layer using such a
ブラシクリーナー18は、これに限定されないが、処理する電極24の幅と同程度の幅を有することが好ましい。
The
粗面化は、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さ(Rp)が、粗面化された活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内であるように行われる。例えば、繊維束23と活物質層表面との接触強度、繊維束23の繊維の材質、繊維の平均直径、ブラシ19の回転速度などを調整することにより、凸部の最大高さ(Rp)を調整することができる。
In the roughening, the maximum height (Rp) of the convex portion from the average height of the concave and convex portions is in the range of 5% to 30% of the average thickness of the roughened active material layer. To be done. For example, by adjusting the contact strength between the
また、粗面化は、凸部の最大高さがセパレータの平均厚さの50%以下であるように行われることが好ましい。凸部の最大高さがセパレータの平均厚さの50%以下であることにより、正極活物質層表面と負極活物質層表面のそれぞれの最も高い凸部の場所が一致しても、凸部がセパレータを貫通して内部短絡を引き起こすことを防ぐことができる。 Further, the roughening is preferably performed so that the maximum height of the convex portion is 50% or less of the average thickness of the separator. When the maximum height of the convex portion is 50% or less of the average thickness of the separator, the convex portion can be formed even if the positions of the highest convex portions of the positive electrode active material layer surface and the negative electrode active material layer surface are the same. It is possible to prevent an internal short circuit from being caused through the separator.
また、繊維束23の繊維は、活物質層と接触し粗面化するため、耐衝撃性、耐摩耗性に優れ、かつ電極へ不要な負荷が加わらない、柔軟性のある材料から形成されることが好ましく、ナイロン樹脂製繊維が好適に用いられる。特に、6,6−ナイロン、6−ナイロン、612−ナイロンのようなナイロン樹脂からなる繊維が好適に用いられる。
Further, the fibers of the
また、繊維の平均直径は0.1mm〜0.3mmの範囲内であることが好ましい。平均直径が0.1mm以上0.3mm以下であることにより、活物質表面に適度な幅の溝を形成することができる。 Moreover, it is preferable that the average diameter of a fiber exists in the range of 0.1 mm-0.3 mm. When the average diameter is 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, a groove having an appropriate width can be formed on the surface of the active material.
また、本実施形態による活物質層の表面の粗面化は、圧延処理によって表面が平滑にされた活物質層に実施することにより、より大きな効果を得ることができる。 In addition, the roughening of the surface of the active material layer according to the present embodiment can achieve a greater effect by being performed on the active material layer whose surface is smoothed by a rolling process.
次に、粗面化された帯状の電極を、セパレータを介して対極と積層し、電極群を製造する。即ち、粗面化処理された帯状の電極が正極の場合は負極と積層し、粗面化処理された帯状の電極が負極の場合は正極と積層する。なお、上述したように、正極及び負極の両極ともに粗面化処理されたものであることが好ましい。 Next, the roughened belt-like electrode is laminated with a counter electrode through a separator to manufacture an electrode group. That is, when the roughened strip-shaped electrode is a positive electrode, it is laminated with the negative electrode, and when the roughened strip-shaped electrode is a negative electrode, it is laminated with the positive electrode. Note that, as described above, both the positive electrode and the negative electrode are preferably subjected to a roughening treatment.
帯状の正極と負極を、セパレータを挟んで積層し捲回することにより、捲回電極群を製造することができる。或いは、帯状の正極と負極を所望の大きさに切断し、セパレータを挟んでスタック状に積み上げることにより、積層電極を製造することができる。 A wound electrode group can be manufactured by laminating and winding a belt-like positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween. Or a laminated electrode can be manufactured by cut | disconnecting a strip | belt-shaped positive electrode and a negative electrode to a desired magnitude | size, and piled up in a stack form on both sides of a separator.
上記のように作製した電極群2を外装缶3に収容し、蓋4を外装缶3の開口部に接合する。接合は、例えばレーザーを用いたシーム溶接によって行うことができる。次いで、蓋4に備えられた注液口15から、電解液を外装缶3内に注入した後、密封する。
The
以上の方法によれば、電解液の吸液性が向上し、且つ、高容量の非水電解質電池を、高い生産性で製造することが可能である。 According to the above method, the liquid absorbency of the electrolytic solution is improved, and a high-capacity nonaqueous electrolyte battery can be manufactured with high productivity.
なお、上記の説明では非水電解液を用いた電池を例に用いたが、本実施形態は非水電解液の代わりに固体電解質やポリマー電解質を用いた電池についても適用される。 In the above description, a battery using a non-aqueous electrolyte is used as an example, but this embodiment is also applied to a battery using a solid electrolyte or a polymer electrolyte instead of the non-aqueous electrolyte.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(実施例1)
コバルト酸リチウムを正極活物質として用いて、正極作製用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に塗工し、乾燥させて、正極を作製した。
Example 1
A positive electrode slurry was prepared using lithium cobalt oxide as a positive electrode active material. This slurry was applied to both sides of an aluminum foil (thickness: 15 μm) and dried to produce a positive electrode.
チタン酸リチウムを負極活物質として用いて、負極作製用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔(厚さ15μm)の両面に塗工し、乾燥させて、負極を作製した。 A slurry for preparing a negative electrode was prepared using lithium titanate as a negative electrode active material. This slurry was applied on both sides of an aluminum foil (thickness: 15 μm) and dried to prepare a negative electrode.
作製した正極及び負極のそれぞれを、全体の幅が100mmであり、集電タブ(非塗工部)の幅が10mm、活物質層の幅が90mmになるように、スリッターで裁断し、帯状の正極及び負極とした。 Each of the produced positive electrode and negative electrode was cut with a slitter so that the overall width was 100 mm, the current collecting tab (non-coated portion) width was 10 mm, and the active material layer width was 90 mm, A positive electrode and a negative electrode were obtained.
次いで、帯状の正極及び負極を、ローラープレスを用いて所定の密度になるようにプレスした。 Next, the belt-like positive electrode and negative electrode were pressed to a predetermined density using a roller press.
次いで、帯状の正極及び負極をそれぞれ、ブラシクリーナーを用いてブラッシング処理した。ブラシクリーナーの繊維は、6,6−ナイロン製、平均直径が0.2mmであった。 Next, each of the belt-like positive electrode and the negative electrode was brushed using a brush cleaner. The brush cleaner fibers were 6,6-nylon and had an average diameter of 0.2 mm.
ブラッシング後の正極及び負極の活物質層の表面の凸部の最大高さ(Rp)は、それぞれ、9.04μm及び8.99μmであった。 The maximum heights (Rp) of the convex portions on the surfaces of the positive electrode and negative electrode active material layers after brushing were 9.04 μm and 8.99 μm, respectively.
上記の正極と負極を、厚さ20μmのセパレータを間に挟んで積層し、捲回して円筒状の電極群を作製した。これを、約80℃で加熱プレスし、扁平形状に成型した。さらに絶縁テープで固定して捲回電極群を作製した。 The positive electrode and the negative electrode were stacked with a separator having a thickness of 20 μm interposed therebetween, and wound to produce a cylindrical electrode group. This was hot-pressed at about 80 ° C. and molded into a flat shape. Furthermore, it fixed with the insulating tape and produced the wound electrode group.
蓋に正負極端子、正負極リードをそれぞれ固定した。この正負極リードに、捲回電極群の正負極集電タブを、レーザー溶接で接合した。蓋と固定された捲回電極群を、金属製の外装缶に収納し、蓋と外装缶をレーザー溶接で接合した。注液口より非水電解液を注液し、封止栓を挿入し、レーザー溶接で接合して封口した。これにより、20Ahの非水電解質二次電池を作製した。 Positive and negative electrode terminals and positive and negative electrode leads were fixed to the lid, respectively. The positive and negative electrode current collecting tabs of the wound electrode group were joined to the positive and negative electrode leads by laser welding. The wound electrode group fixed to the lid was housed in a metal outer can, and the lid and the outer can were joined by laser welding. A non-aqueous electrolyte solution was injected from the injection port, a sealing plug was inserted, and it was sealed by laser welding. As a result, a 20 Ah non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.
(実施例2)
正極及び負極の活物質層の表面の凸部の最大高さ(Rp)を表1に示す値に変更したこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
(Example 2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the maximum height (Rp) of the convex portions on the surface of the active material layer of the positive electrode and the negative electrode was changed to the values shown in Table 1.
(比較例)
正極及び負極の活物質層にブラッシング処理を施さなかったこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative example)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode and negative electrode active material layers were not subjected to the brushing treatment.
(吸液時間の測定)
電池を製造する際の非水電解液を注液する工程において、非水電解液が完全に浸透するまでの吸液時間を測定した。試験は、実施例1及び2、比較例のそれぞれについて100個の電池で行った。各電池には30gの非水電解液を注液した。その結果を表1に示す。
(Measurement of liquid absorption time)
In the step of injecting the non-aqueous electrolyte when manufacturing the battery, the liquid absorption time until the non-aqueous electrolyte completely penetrated was measured. The test was performed with 100 batteries for each of Examples 1 and 2 and the comparative example. Each battery was injected with 30 g of a non-aqueous electrolyte. The results are shown in Table 1.
(絶縁検査)
内部短絡の発生を確認するため、吸液時間の測定後に絶縁検査を行った。内部抵抗が10kΩ以上である場合に絶縁と判定し、10kΩを超えない場合は導通していると判定した。試験した電池のうち、導通していると判定された電池の割合を導通率として表1に示す。
In order to confirm the occurrence of an internal short circuit, an insulation test was performed after measuring the liquid absorption time. When the internal resistance was 10 kΩ or more, it was determined to be insulating, and when it did not exceed 10 kΩ, it was determined to be conductive. Table 1 shows the ratio of batteries determined to be conductive among the tested batteries as the conductivity.
(結果)
表1から明らかな通りに、実施例1及び2の電池は、3〜4時間で吸液が完了した。一方、比較例の電池は、吸液完了までに13時間を要した。よって、本実施形態に従って活物質層の表面が粗面化された電池は、吸液時間が著しく短縮されることが示された。
(result)
As is clear from Table 1, the batteries of Examples 1 and 2 completed the liquid absorption in 3 to 4 hours. On the other hand, the battery of the comparative example required 13 hours to complete the liquid absorption. Therefore, it was shown that the battery in which the surface of the active material layer is roughened according to the present embodiment has a significantly reduced liquid absorption time.
また、絶縁検査の結果、実施例2の電池は、9%の電池が導通していたが、実施例1の電池は、全て絶縁されていた。よって、活物質層表面の凸部の最大高さがセパレータの平均厚さの50%以下である場合、絶縁性が高いことが示された。 As a result of the insulation test, 9% of the batteries of Example 2 were conductive, but all of the batteries of Example 1 were insulated. Therefore, when the maximum height of the convex part on the surface of the active material layer is 50% or less of the average thickness of the separator, it was shown that the insulating property is high.
(充放電試験)
実施例1及び2、比較例のそれぞれの電池を用いて、充放電試験を行った。1Cで1000サイクルの充放電を行い、1000サイクル後の容量維持率を算出した。その結果を表2に示す。なお、実施例2は、絶縁検査で導通していないことが確認された電池を用いて試験を行った。
A charge / discharge test was performed using the batteries of Examples 1 and 2 and the comparative example. Charging / discharging 1000 cycles was performed at 1 C, and the capacity retention rate after 1000 cycles was calculated. The results are shown in Table 2. Note that Example 2 was tested using a battery that was confirmed to be non-conductive in an insulation test.
実施例1及び2の電池は何れも比較例とほぼ同じ容量維持率を示した。よって、活物質層の表面をブラッシングして微小な溝を形成してもサイクル特性に影響しないことが示された。 Both the batteries of Examples 1 and 2 exhibited almost the same capacity retention rate as the comparative example. Therefore, it was shown that even if the surface of the active material layer was brushed to form minute grooves, the cycle characteristics were not affected.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…非水電解質電池、2…電極群、3…外装缶、4…蓋、5…正極端子、6…負極端子、7…正極リード、8…負極リード、9,10…絶縁ガスケット、11…正極、11a…正極集電体、11b…正極活物質層、11c…正極集電タブ、12…負極、12a…負極集電体、12b…負極活物質層、12c…負極集電タブ、13…セパレータ、14…絶縁テープ、15…注液口、16…基準面、17…凸部最大高さ、18…ブラシクリーナー、19…ブラシ、22…回転軸、23…繊維束。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
負極集電体と該負極集電体上に形成された活物質層とを含む負極と、
セパレータと、
非水電解質と、
を含み、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の活物質層が、粗面化された表面を有し、
前記粗面化された表面において、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さが、前記粗面化された表面を有する活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内であることを特徴とする、非水電解質電池。 A positive electrode comprising a positive electrode current collector and an active material layer formed on the positive electrode current collector;
A negative electrode comprising a negative electrode current collector and an active material layer formed on the negative electrode current collector;
A separator;
A non-aqueous electrolyte,
Including
The active material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode has a roughened surface,
In the roughened surface, the maximum height of the convex portion from the average height of the concave and convex portions is 5% or more and 30% or less of the average thickness of the active material layer having the roughened surface. A nonaqueous electrolyte battery characterized by being in the range of
負極集電体上に活物質層を形成して負極を作製することと、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の活物質層の表面を繊維束でブラッシングすることにより、該表面を粗面化することと、
前記正極及び負極を、セパレータを介して積層することにより、電極群を作製することとを含み、
前記粗面化が、凹部及び凸部の平均高さからの凸部の最大高さが、粗面化された活物質層の平均厚さの5%以上30%以下の範囲内であるように行われることを特徴とする、非水電解質電池の製造方法。 Forming a positive electrode by forming an active material layer on a positive electrode current collector;
Forming an active material layer on a negative electrode current collector to produce a negative electrode;
Brushing the surface of the active material layer of at least one of the positive electrode and the negative electrode with a fiber bundle to roughen the surface;
Laminating the positive electrode and the negative electrode via a separator to produce an electrode group,
The roughening is such that the maximum height of the convex portion from the average height of the concave and convex portions is in the range of 5% to 30% of the average thickness of the roughened active material layer. A method for producing a non-aqueous electrolyte battery, which is performed.
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