JP2014022324A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。詳しくは、車両搭載用電源に適用可能なリチウム二次電池その他の非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. Specifically, the present invention relates to a lithium secondary battery and other non-aqueous electrolyte secondary batteries that can be applied to a vehicle-mounted power source.
リチウム二次電池やニッケル水素電池等の二次電池は、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末その他の電気製品等に搭載される電源として好ましく用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池その他の非水電解質二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両搭載用高出力電源として、重要性がますます高まっている。このような非水電解質二次電池では、充電処理を行う際に、例えば充電対象電池が不良電池であった場合や、充電装置が故障して誤作動を起こした場合に、電池に通常以上の電流が供給されて過充電状態に陥り、不具合が生じる虞がある。そこで、かかる不具合を未然に防止するため、過充電状態を電池温度や電池内圧等により検知し、過充電状態を検知した場合に電流を遮断する機構(電流遮断機構:CID:Current Interrupt Device)を設けた電池が採用されている。 A secondary battery such as a lithium secondary battery or a nickel hydride battery is preferably used as a power source mounted on a vehicle using electricity as a driving source or a power source mounted on a personal computer, a portable terminal, or other electrical products. In particular, lithium secondary batteries and other non-aqueous electrolyte secondary batteries that are lightweight and have a high energy density are becoming increasingly important as high-output power supplies for vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles. In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, when performing the charging process, for example, when the battery to be charged is a defective battery, or when the charging device breaks down and malfunctions, the battery is more than normal. If an electric current is supplied, it will fall into an overcharge state and there exists a possibility that a malfunction may arise. Therefore, in order to prevent such troubles, a mechanism (current interrupt device: CID: Current Interrupt Device) that detects an overcharge state based on battery temperature, battery internal pressure, etc., and interrupts the current when an overcharge state is detected. The provided battery is adopted.
上記CIDを設けた二次電池では、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、ビフェニル(BP)等のガス発生剤を電解液中に含有させることが行われている。上記ガス発生剤は、電池が過充電状態になると電解液が分解する前に反応してガスを発生する。これを利用して、過充電状態になったときの電池内圧の上昇量や上昇速度を引き上げ、過充電に対するCIDの作動精度を高めている。CIDを備え、非水電解質中にガス発生剤を含む二次電池を開示している文献として特許文献1が挙げられる。 In the secondary battery provided with the CID, a gas generating agent such as cyclohexylbenzene (CHB) or biphenyl (BP) is contained in the electrolytic solution. The gas generating agent reacts to generate gas before the electrolyte is decomposed when the battery is overcharged. Utilizing this, the amount of increase in the battery internal pressure and the rate of increase when the battery is overcharged are increased, and the operating accuracy of the CID against overcharge is increased. Patent document 1 is mentioned as literature which is equipped with CID and has disclosed the secondary battery which contains a gas generating agent in nonaqueous electrolyte.
また、従来の二次電池は、正極と負極との間に多孔性のセパレータが配置されていることを基本構成としている。この種の従来技術において、特許文献4には、短絡防止を目的として捲回電極体の中心部に補助セパレータを配置する水系二次電池が開示されている。 In addition, the conventional secondary battery has a basic configuration in which a porous separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode. In this type of prior art, Patent Document 4 discloses a water-based secondary battery in which an auxiliary separator is disposed at the center of a wound electrode body for the purpose of preventing a short circuit.
上記CIDを搭載した二次電池内に存在するガス発生剤は、過充電状態になると正極側で電子を放出してラジカルカチオンとなる。このラジカルカチオンは、さらに反応(例えばラジカルカチオン同士が重合)し、その際に多量のH+を発生する。このH+が電極体内を移動して負極の表面で還元されることにより、水素ガス(H2)が発生する。この水素ガスによって、電池内の内圧が上昇してCIDが作動する。これが、過充電状態におけるガス発生剤の作用の典型例である。 When the gas generating agent present in the secondary battery equipped with the CID is overcharged, it emits electrons on the positive electrode side to become radical cations. This radical cation further reacts (for example, radical cations are polymerized), and a large amount of H + is generated at that time. This H + moves in the electrode body and is reduced on the surface of the negative electrode, whereby hydrogen gas (H 2 ) is generated. By this hydrogen gas, the internal pressure in the battery rises and the CID operates. This is a typical example of the action of the gas generating agent in an overcharged state.
しかし、上記ガス発生剤のラジカルカチオンは、正極側に留まらずに負極側に移動して元のガス発生剤に還元される場合がある。還元されたガス発生剤は正極側に戻って、再びラジカルカチオンとなり得る。このように、ガス発生剤あるいはそのラジカルカチオンが正負極を行き来する現象(反応)をガス発生剤のシャトル反応という。このシャトル反応が起こると、多量のH+を発生する反応(例えばラジカルカチオンの重合)が充分に行われず、過充電時に充分量のガスが発生しない虞がある。 However, the radical cation of the gas generating agent may move to the negative electrode side instead of staying on the positive electrode side and be reduced to the original gas generating agent. The reduced gas generant returns to the positive electrode side and can become a radical cation again. As described above, the phenomenon (reaction) in which the gas generating agent or its radical cation moves back and forth between the positive and negative electrodes is called a shuttle reaction of the gas generating agent. When this shuttle reaction occurs, a reaction that generates a large amount of H + (for example, polymerization of radical cations) is not sufficiently performed, and a sufficient amount of gas may not be generated during overcharge.
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、上記のシャトル反応は高温環境下で促進されることと、正負極間の距離を大きくすることで上記のシャトル反応を有効に抑制し得ることを発見した。そして、これらの発見に基づき、本発明を完成するに至った。 Thus, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the shuttle reaction is promoted in a high temperature environment and that the shuttle reaction can be effectively suppressed by increasing the distance between the positive and negative electrodes. did. And based on these discoveries, it came to complete this invention.
本発明は、CIDを備え、非水電解質中にガス発生剤を含む非水電解質二次電池の改良に関するものであり、その目的は、過充電状態におけるCIDの作動精度が向上し、かつ電池特性の低下が抑制された非水電解質二次電池を提供することである。 The present invention relates to an improvement in a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes a CID and includes a gas generating agent in the non-aqueous electrolyte. The object of the present invention is to improve the operation accuracy of the CID in an overcharged state and to provide battery characteristics. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the decrease in the temperature is suppressed.
上記目的を実現するべく、本発明により、正極および負極を捲回してなる捲回電極体と、ガス発生剤を含有する非水電解質と、電池ケースの内圧が上昇することによって作動する電流遮断機構とを備える非水電解質二次電池が提供される。この非水電解質二次電池において、前記捲回電極体は、捲回軸に直交する断面において、該捲回電極体の最内周部分を含む領域Aと、該領域Aより外方に位置する領域Bとを有している。また、前記領域Aにおける正負極間の極間距離DAと、前記領域Bにおける正負極間の極間距離DBとは、DA>DBの関係を満たす。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a wound electrode body formed by winding a positive electrode and a negative electrode, a non-aqueous electrolyte containing a gas generating agent, and a current interruption mechanism that operates when the internal pressure of the battery case increases. A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided. In this non-aqueous electrolyte secondary battery, the wound electrode body is located outside a region A including the innermost peripheral portion of the wound electrode body in a cross section perpendicular to the winding axis. And region B. Further, the inter-electrode distance D A between the positive and negative electrodes in the region A, the interelectrode distance D B between the positive and negative electrodes in the region B satisfy the relationship of D A> D B.
かかる構成によると、高温状態になりやすい捲回電極体の捲回中心側領域(領域A)における正負極間の極間距離が、捲回外側領域(領域B)における正負極間の極間距離より大きくなる。これにより、高温状態になりやすい捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制されて、過充電状態におけるガス発生量が増大する。このガス発生量の増大により、過充電状態におけるCIDの作動精度が向上する。また、この構成では電池特性の低下が抑制されている。したがって、本発明によると、過充電状態におけるCIDの作動精度が向上し、かつ電池特性の低下が抑制された非水電解質二次電池が提供される。なお、本明細書において「極間距離」とは、対向する正極と負極との間の最短距離を意味し、典型的には、正極の一表面と該一表面に向かいあう負極表面との最短距離を指すものとする。 According to such a configuration, the distance between the positive and negative electrodes in the winding center side region (region A) of the wound electrode body that tends to be in a high temperature state is the distance between the positive and negative electrodes in the wound outer region (region B). Become bigger. Thereby, the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side that tends to be in a high temperature state is effectively suppressed, and the amount of gas generated in the overcharged state is increased. Due to this increase in the amount of gas generated, the operating accuracy of the CID in the overcharged state is improved. Further, in this configuration, deterioration of battery characteristics is suppressed. Therefore, according to the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery is provided in which the accuracy of CID operation in an overcharged state is improved and the deterioration of battery characteristics is suppressed. In the present specification, the “distance between electrodes” means the shortest distance between the positive electrode and the negative electrode facing each other, and typically the shortest distance between one surface of the positive electrode and the negative electrode surface facing the one surface. Shall be pointed to.
ここで開示される非水電解質二次電池の好適な一態様では、前記領域Aは、前記捲回電極体の捲回厚の10〜30%を占める領域である。極間距離DAの大きい領域Aを捲回電極体の捲回厚の10%以上とすることによって、高温状態になりやすい捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制されて、過充電状態におけるガス発生量の増大傾向が高まる。領域Aを捲回厚の30%以下とすることで、電池特性の低下(典型的には電池抵抗の上昇)が抑制される傾向が高まる。つまり、領域Aの厚さを上記範囲に設定することにより、電池特性を高いレベルに維持しながら、ガス発生量のさらなる増大を実現することができる。なお、本明細書において「捲回電極体の捲回厚」とは、捲回電極体の最内周の内表面(捲回内表面)から最外周の外表面(捲回外表面)までの最短距離を指すものとする。 In a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the region A is a region that occupies 10 to 30% of the wound thickness of the wound electrode body. By the thickness of more than 10% Kai wound of the wound electrode body large area A of the inter-electrode distance D A, the shuttle reaction of the gas generating agent in the prone winding center side to a high temperature state is effectively suppressed In addition, the tendency to increase the amount of gas generated in the overcharged state is increased. By setting the region A to be 30% or less of the wound thickness, the tendency to suppress the deterioration of the battery characteristics (typically the increase in battery resistance) is increased. That is, by setting the thickness of the region A in the above range, it is possible to further increase the gas generation amount while maintaining the battery characteristics at a high level. In the present specification, “winding thickness of the wound electrode body” means from the innermost inner surface (winding inner surface) to the outermost outer surface (winding outer surface) of the wound electrode body. Point to the shortest distance.
ここで開示される非水電解質二次電池の好適な一態様では、前記極間距離DBに対する前記極間距離DAの比(DA/DB)は、1.5<(DA/DB)<3を満たす。比(DA/DB)を1.5以上とすることによって、高温状態になりやすい捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応をより効果的に抑制することができる。また、比(DA/DB)を3以下とすることによって、電池特性の低下をさらに抑制することができる。 In a preferred aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a ratio of the interelectrode distance D A to the interelectrode distance D B (D A / D B ) is 1.5 <(D A / D B ) <3. By setting the ratio (D A / D B ) to 1.5 or more, it is possible to more effectively suppress the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side that tends to be in a high temperature state. In addition, by setting the ratio (D A / D B ) to 3 or less, it is possible to further suppress deterioration in battery characteristics.
ここで開示される非水電解質二次電池の好適な一態様では、前記正極と前記負極との間にはセパレータが配置されており、前記DA>DBの関係は、前記領域Aにおけるセパレータを少なくとも2重に配置することによって実現されている。また、前記少なくとも2重に配置されるセパレータは、前記領域Aから前記領域Bにわたって配置されている第1セパレータと、前記領域Aに配置されているが前記領域Bに配置されていない第2セパレータと、を含むことが好ましい。このように構成することで、捲回中心側領域における極間距離が捲回外側領域よりも大きい構成を好適に実現することができる。前記第2セパレータの厚さは20μm以上40μm以下であることがより好ましい。 In a preferred embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and the relationship of D A > D B is the separator in the region A. This is realized by arranging at least two layers. The at least double separators are a first separator disposed from the region A to the region B, and a second separator disposed in the region A but not disposed in the region B. And preferably. By configuring in this way, it is possible to suitably realize a configuration in which the distance between the poles in the winding center side region is larger than that in the winding outer region. The thickness of the second separator is more preferably 20 μm or more and 40 μm or less.
ここで開示される非水電解質二次電池の好適な一態様では、前記第2セパレータの多孔度は、前記第1セパレータの多孔度より大きい。このように構成することで、過充電時のガス発生量増大に寄与する第2セパレータは、電荷担体(例えばリチウムイオン二次電池の場合、Liイオン)の通過性を阻害しない傾向が高まる。また、上記第2セパレータによって、捲回中心側における非水電解質の保持性が向上する。 In a preferred aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the porosity of the second separator is larger than the porosity of the first separator. By comprising in this way, the 2nd separator which contributes to the gas generation amount increase at the time of overcharge increases the tendency which does not inhibit the passage property of a charge carrier (for example, Li ion in the case of a lithium ion secondary battery). Further, the second separator improves the retention of the nonaqueous electrolyte on the winding center side.
ここで開示される非水電解質二次電池の好適な一態様では、前記捲回電極体の捲回厚は15mm以上である。捲回電極体が大きいほど捲回中心側の放熱性は低下し、高温状態になりやすい傾向がある。ガス発生剤のシャトル反応は高温状態で促進されやすいため、大型の電池では捲回中心側のガス発生量が減少する傾向が強い。本発明によると、捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制されるので、上記のような捲回厚の大きい捲回電極体を用いる二次電池に対して、過充電状態におけるガス発生量の増大が好適に実現される。 In a preferred aspect of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, the wound thickness of the wound electrode body is 15 mm or more. The larger the wound electrode body, the lower the heat dissipation on the winding center side, and the higher the temperature tends to be. Since the shuttle reaction of the gas generating agent is easily promoted at a high temperature, the large amount of battery tends to decrease the amount of gas generated on the winding center side. According to the present invention, since the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side is effectively suppressed, the secondary battery using the wound electrode body having a large wound thickness as described above is overcharged. An increase in the amount of gas generated is preferably realized.
ここで開示される非水電解質二次電池は、過充電状態におけるCIDの作動精度が向上しており、かつ電池特性の低下が抑制されている。また、その効果は、捲回電極体の捲回中心が高温になりやすい大型の二次電池において好適に発揮され得る。したがって、この特徴を活かして、ハイブリッド自動車(HV)やプラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)等のような車両の駆動電源等の大型の二次電池として好適に利用され得る。本発明によると、ここで開示されるいずれかの非水電解質二次電池(複数の電池が接続された組電池の形態であり得る。)を搭載した車両が提供される。 The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here has improved CID operating accuracy in an overcharged state, and suppressed deterioration of battery characteristics. Moreover, the effect can be suitably exhibited in a large-sized secondary battery in which the winding center of the wound electrode body is likely to become high temperature. Therefore, taking advantage of this feature, it can be suitably used as a large-sized secondary battery such as a drive power source of a vehicle such as a hybrid vehicle (HV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), and an electric vehicle (EV). According to the present invention, there is provided a vehicle equipped with any of the non-aqueous electrolyte secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected).
以下、図面を参照しながら、本発明による一実施形態を説明する。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、正極および負極を備えた電極体の構成および製法、電池(ケース)の形状等、電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each drawing does not reflect the actual dimensional relationship. Further, matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, the configuration and manufacturing method of the electrode body including the positive electrode and the negative electrode, the shape of the battery (case), etc., General techniques related to battery construction, etc.) can be grasped as design matters of those skilled in the art based on conventional techniques in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted or simplified.
ここに開示される非水電解質二次電池に係る好適な実施形態として、リチウム二次電池を例にして説明するが、本発明の適用対象をかかる電池に限定することを意図したものではない。例えば、リチウムイオン(Liイオン)以外の金属イオン(例えばナトリウムイオン)を電荷担体とする非水電解質二次電池に本発明を適用することも可能である。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な電池一般をいい、リチウム二次電池等の蓄電池(すなわち化学電池)のほか、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(すなわち物理電池)を包含する。また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電解質イオンとしてLiイオンを利用し、正負極間におけるLiイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。一般にリチウムイオン二次電池と称される電池は、本明細書におけるリチウム二次電池に包含される典型例である。 As a preferred embodiment of the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein, a lithium secondary battery will be described as an example. However, the application target of the present invention is not intended to be limited to such a battery. For example, the present invention can also be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery that uses a metal ion (for example, sodium ion) other than lithium ion (Li ion) as a charge carrier. In the present specification, “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged and discharged. In addition to a storage battery (ie, a chemical battery) such as a lithium secondary battery, a capacitor (ie, a physical battery) such as an electric double layer capacitor. ). Further, in this specification, the “lithium secondary battery” refers to a secondary battery that uses Li ions as electrolyte ions and is charged / discharged by the movement of charges accompanying Li ions between the positive and negative electrodes. A battery generally called a lithium ion secondary battery is a typical example included in the lithium secondary battery in this specification.
図1は、一実施形態に係るリチウム二次電池の構成を模式的に示す図である。図1に示すように、リチウム二次電池100は、角型の電池ケース50と、電池ケース50内に収容される捲回電極体80とを備える。電池ケース50内にはまた、非水電解質(非水電解液)90が収容されている。非水電解液90は捲回電極体80に含浸されている。電池ケース50は、上面に開口部を有する扁平箱形状のケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。ケース本体52の開口部は、捲回電極体80を上記開口部からケース本体52内に収容した後、蓋体54によって封止される。このように電池ケース50の内部が密閉されることにより、リチウム二次電池100は密閉型電池となる。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a lithium secondary battery according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the lithium
電池ケース50の上面(蓋体54)には、正極端子70および負極端子72が設けられている。正極端子70は正極(正極シート)10の幅方向の一端に付設された正極集電板74と電気的に接続されている。負極端子72は負極(負極シート)20の幅方向の一端に付設された負極集電板76と電気的に接続されている。
A
電池ケース50内には、電池ケース50の内圧上昇により作動するCID30が設けられている。CID30は、蓋体54に固定した正極端子70と捲回電極体80との間に設けられ、電池ケース50の内圧が上昇し、所定の圧力に達したときに正極端子70から正極10に至る導電経路を電気的に分断するように構成されている。
In the
CID30は、変形金属板32と、変形金属板32に接合された接続金属板34とを備える。変形金属板32は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状の湾曲部分33を有する。湾曲部分33の周縁部分は、集電リード端子35を介して正極端子70の下面に接続されている。また、変形金属板32の湾曲部分33の一部(先端)は、接続金属板34の上面と接合点36にて接合されている。接続金属板34の下面(裏面)には正極集電板74が接合されており、正極集電板74は捲回電極体80の正極10に接続されている。このようにして、正極端子70から正極10に至る導電経路が形成されている。
The
CID30はまた、プラスチックにより形成された絶縁ケース38を備えている。なお、絶縁ケースの材質はプラスチックに限定されるものではなく、絶縁性を有し、気密性を有するものであればよい。絶縁ケース38は、変形金属板32を囲むように設けられている。絶縁ケース38には、変形金属板32の湾曲部分33を嵌入する開口部が形成されており、変形金属板32の湾曲部分33は、該開口部に嵌入されることで該開口部を封止している。これによって、絶縁ケース38内は密閉状態に保持されるため、密閉された湾曲部分33の上方には、電池ケース50の内圧は作用しない。これに対して、絶縁ケース38外の湾曲部分33の下面には、電池ケース50の内圧が作用する。このような構成を有するCID30において、過充電電流に起因して電池ケース50の内圧が高まると、該内圧は、変形金属板32の下方へ湾曲した湾曲部分33を上方へ押し上げるように作用する。この作用(力)は、電池ケース50の内圧が上昇するにつれて増大する。そして、電池ケース50の内圧が設定圧力を超えると、湾曲部分33が上下反転する。すなわち、湾曲部分33は上方に湾曲するように変形する。この湾曲部分33の変形によって、変形金属板32と接続金属板34との接合点36における接続は断たれる。これによって導電経路は電気的に分断され、電流は遮断される。
The
この実施形態では、CID30は変形金属板32が変形するものであったが、これに限定されない。電池ケースの内圧が上昇したときに、上方に配置された第一部材(本実施形態の変形金属板32の位置に配置された部材)ではなく下方に配置された第二部材(本実施形態の接続金属板34の位置に配置された部材)が変形して他方から離隔することにより上記導電経路を電気的に分断するように構成されていてもよく、第一部材および第二部材の両方が変形するものであってもよい。また、上記のようなCIDは、正極端子側に限らず、負極端子側に設けてもよい。またCIDは、電池ケースの内圧が上昇したときに、正負の電極の少なくとも一方と電池ケース外部に露出する外部端子(正極端子または負極端子)とを導通する導電経路を電気的に分断するように構成されていればよく、特定の形状、構造に限定されない。さらにCIDは、上述した第一部材および/または第二部材の変形を伴う機械的な切断を行うものに限定されない。例えば、電池ケースの内圧をセンサで検知し、該センサで検知した内圧が設定圧力を超えると充電電流を遮断するような外部回路を設けたCIDであってもよい。
In this embodiment, the
図2は、図1の捲回電極体の構成を模式的に示す図であり、捲回電極体80を構築する前段階における長尺状のシート構造(電極シート)を示している。図2に示すように、捲回電極体80は、長尺シート状の正極(正極シート)10と、長尺シート状の負極(負極シート)20とを備える。正極シート10は、長尺状の正極集電体12と、正極集電体12の少なくとも一方の表面(典型的には両面)に形成された正極合材層14とを備える。また、負極シート20は、負極集電体22と、負極集電体22の少なくとも一方の表面(典型的には両面)に形成された負極合材層24とを備える。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the wound electrode body of FIG. 1, and shows a long sheet structure (electrode sheet) in the previous stage of constructing the
捲回電極体80はまた、長尺シート状の2枚のセパレータ(セパレータシート)40A,40Bを備える。正極シート10および負極シート20は、2枚のセパレータシート40A,40Bを介して積層されており、図2では、正極シート10、セパレータシート40B、負極シート20、セパレータシート40Aの順に積層されている。この積層体は、長尺方向に捲回されることによって捲回体とされ、さらにこの捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平形状に成形されている。なお、セパレータシート40A,40Bは、正極合材層14および負極合材層24の積層部分の幅より大きく、捲回電極体80の幅より小さい幅を有する。これを正極合材層14および負極合材層24の積層部分に挟むように配することで、正極合材層14および負極合材層24が互いに接触して内部短絡が生じることを防いでいる。また、捲回電極体は扁平形状のものに限定されない。電池の形状や使用目的に応じて円柱状等の形状とすることができる。
The
捲回電極体80の幅方向(捲回方向に直交する方向)の中心部には、正極集電体12の表面に形成された正極合材層14と、負極集電体22の表面に形成された負極合材層24とが重なり合って密に積層された部分が形成されている。また、正極シート10の幅方向の一方の端部には、正極合材層14が形成されずに正極集電体12が露出した部分(正極合材層非形成部16)が設けられている。この正極合材層非形成部16は、セパレータシート40A,40Bおよび負極シート20からはみ出た状態となっている。すなわち、捲回電極体80の幅方向の一端には、正極集電体12の正極合材層非形成部16が重なり合った正極集電体積層部15が形成されている。また、捲回電極体80の幅方向の他端にも、上記一端の正極シート10の場合と同様に、負極集電体12の負極合材層非形成部26が重なり合った負極集電体積層部25が形成されている。
The positive
<極間距離>
図3は、図1の捲回電極体の捲回軸に直交する断面を模式的に示す図(断面図)である。図3に示すように、捲回電極体80は、上記断面図において、捲回電極体80の最内周部分を含む領域A(図3中、符号Aで示す領域)と、領域Aより外方に位置する領域B(図3中、符号Bで示す領域)とを有する。上記領域Aは、上記断面図において、捲回電極体80の捲回内表面から、所定の捲回数まで外方に延びた領域(捲回領域)であり得る。また、上記領域Bは、上記断面図において、領域Aの外周端から、さらに外方に延びて捲回電極体80の捲回外表面に至る領域(捲回領域)であり得る。そして、この領域Aにおける正負極間の極間距離DAと、領域Bにおける正負極間の極間距離DBとは、DA>DBの関係を満たす。つまり、領域Aにおける極間距離DAは、領域Bにおける極間距離DBより大きい。なお、上記の構成は、例えば図4に示すような円柱形状の捲回電極体80においても適用可能である。
<Distance between poles>
FIG. 3 is a diagram (cross-sectional view) schematically showing a cross section perpendicular to the winding axis of the wound electrode body of FIG. 1. As shown in FIG. 3, the
上記極間距離DA>DBとする技術的意義について説明する。ガス発生剤のシャトル反応が起こると、過充電状態におけるガス発生量が減少する虞があることは上述のとおりである。このシャトル反応は、ラジカルカチオン等の拡散性が向上する高温環境下で促進されること、また、上記のシャトル反応は正負極間の距離を大きくすることで有効に抑制し得ることが本発明者らの検討によって明らかになった。これらの知見に基づき、高温状態になりやすい捲回電極体の捲回中心側領域(領域A)における極間距離DAを、捲回外側領域(領域B)における極間距離DBより大きくなるように構成する。これによって、捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制されて、過充電状態におけるガス発生量の増大が実現される。上記の構成によると、例えば40℃以上(典型的には50℃以上)の高温環境下においても充分量のガス発生を実現できる。このガス発生量の増大により、過充電状態におけるCIDの作動精度を向上させることができる。そして、この構成では、電池特性の低下(典型的には電池抵抗の上昇)が抑制されている。また、ガス発生剤の添加量を増やすことなくガス発生量を増大させ得るので、ガス発生剤の使用量(添加量)を必要最小限に留めることが可能となる。これにより、ガス発生剤が過剰に含まれることに起因する電池特性の低下(典型的には電池抵抗の上昇)を抑制することも可能となる。以下、極間距離DA>DBの関係を満たす構成について具体的に説明する。 The technical significance of the above-mentioned distance between electrodes D A > D B will be described. As described above, when the shuttle reaction of the gas generating agent occurs, the gas generation amount in the overcharged state may be reduced. This shuttle reaction is promoted in a high-temperature environment where the diffusibility of radical cations and the like is improved, and the above-described shuttle reaction can be effectively suppressed by increasing the distance between the positive and negative electrodes. It became clear by examination of them. Based on these findings, the inter-electrode distance D A in the winding center side region of the prone wound electrode assembly in a high temperature state (region A), is larger than the interelectrode distance D B in the winding outer region (region B) Configure as follows. Thereby, the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side is effectively suppressed, and an increase in the amount of gas generated in the overcharged state is realized. According to the above configuration, a sufficient amount of gas can be generated even in a high temperature environment of 40 ° C. or higher (typically 50 ° C. or higher). Due to this increase in the amount of gas generated, the operating accuracy of the CID in the overcharged state can be improved. In this configuration, a decrease in battery characteristics (typically an increase in battery resistance) is suppressed. Further, since the amount of gas generated can be increased without increasing the amount of addition of the gas generating agent, the amount of gas generating agent used (added amount) can be kept to the minimum necessary. As a result, it is possible to suppress a decrease in battery characteristics (typically an increase in battery resistance) due to the excessive inclusion of the gas generating agent. Hereinafter, a configuration that satisfies the relationship of the interelectrode distance D A > D B will be described in detail.
図5は、捲回電極体80の領域Aにおける正負極間の一部を拡大して示す図であり、図6は、捲回電極体80の領域Bにおける正負極間の一部を拡大して示す図である。図5および図6に示すように、正極シート10および負極シート20の間には、領域Aから領域Bに亘る捲回方向の全体に第1セパレータ41が配置されている。また、領域Aには、第2セパレータ42が第1セパレータ41に積層するように配置されている。この第2セパレータ42は領域Bには配置されていない。換言すると、領域Aは第2セパレータ42が配置されている領域であり、領域Bは第1セパレータ41のみが配置されている領域であるということができる。このように構成することによって、領域Aにおける極間距離DAを、領域Bにおける極間距離DBより大きくすることができる。
FIG. 5 is an enlarged view showing a part between the positive and negative electrodes in the region A of the
第1セパレータ41および第2セパレータ42はいずれも、多孔性の樹脂シートから構成されている。特に限定されるものではなく、また特に図示しないが、これら2つのセパレータはいずれもポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンからなる3層構造のシートである。なお、第1セパレータ41および第2セパレータ42は、セパレータ40Aを構成する部材である。セパレータ40Bの構成は従来と同様の構成、すなわち第2セパレータを用いない構成としてもよく、あるいはセパレータ40Aと基本的に同じ構成としてもよい。その場合のセパレータ40Bの構成としては、セパレータ40Aについての上述の説明を独立して適宜採用することができるので、ここでは説明は繰り返さない。
Both the
図3に示す領域Aの厚さTAは、捲回電極体80の捲回厚TTの所定範囲を占める領域であり得る。ここで、捲回電極体の捲回厚TTとは、捲回電極体の最内周の内表面(捲回内表面)から最外周の外表面(捲回外表面)までの最短距離を指すものとする。また、領域Aの厚さTAとは、捲回電極体の最内周の内表面(捲回内表面)から最外周の外表面(捲回外表面)までの最短距離を示す線分において、領域Aが占める長さ(厚さ)を指すものとする。上記実施形態では、上記線分において、捲回電極体80の最内周の内表面から第2セパレータ42の最外周の外表面までの距離とも定義され得る。
The thickness T A of the region A shown in FIG. 3 may be a region that occupies a predetermined range of the wound thickness T T of the
領域Aの厚さTAは、捲回電極体の捲回厚TTの5%以上とすることが好ましく、10%以上(例えば20%以上、典型的には30%以上)とすることがさらに好ましい。極間距離DAの大きい領域Aの厚さTAが大きくなるほど、高温状態になりやすい捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制されて、過充電状態におけるガス発生量が増大する傾向があるためである。ガス発生量の増大を特に重視する場合、領域Aの厚さTAは40%以上であってもよい。一方、領域Aの厚さTAが小さくなるほど、電池特性の低下(典型的には電池抵抗の上昇)が抑制される傾向がある。この観点から、領域Aの厚さTAは捲回電極体の捲回厚TTの40%以下とすることが好ましく、30%以下(例えば20%以下、典型的には10%以下)とすることがさらに好ましい。なお、本明細書において、領域Aの厚さTAが捲回電極体の捲回厚TTのX%であることを、比(TA/TT)がX%であると表現することもできる。 The thickness T A of the region A is preferably 5% or more of the wound thickness T T of the wound electrode body, preferably 10% or more (for example, 20% or more, typically 30% or more). Further preferred. Inter-electrode distance D greater the thickness T A of the large area A A, the shuttle reaction of the gas generating agent in the prone winding center side to a high temperature state is effectively inhibited and the gas generation amount in the overcharge state This is because it tends to increase. Especially when emphasis on increasing the amount of gas generation, the thickness T A of the region A may be 40% or more. On the other hand, as the thickness T A of the region A is reduced, there is a tendency to decrease in battery characteristics (typically increase in battery resistance) can be suppressed. From this viewpoint, it is preferred that the thickness T A of the region A to be 40% or less of the wound thickness T T of the wound electrode assembly, 30% or less (e.g., 20% or less, typically 10% or less) and More preferably. In the present specification, expressing that the thickness T A of the region A is X% of the wound thickness T T of the wound electrode body is expressed as the ratio (T A / T T ) being X%. You can also.
極間距離DAの厚さは、電極体サイズ等によって異なり得るため特に限定されないが、ガス発生剤のシャトル反応を抑制する観点から、30μmを超えることが好ましく、35μm以上(例えば40μm以上、典型的には45μm以上)とすることがさらに好ましい。極間距離DAの厚さの上限も特に限定されないが、イオン通過性等を考慮して、80μm未満(例えば60μm未満、典型的には55μm未満)とすることが好ましい。極間距離DAの厚さは、領域Aにおける正負極間の極間距離を捲回方向の一定間隔で複数点(少なくとも3点、好適には10点以上)測定し、それら測定値の平均を採用することが望ましいが、便宜的に例えば、正負極が対向する領域の捲回方向の内側端部における正負極間に存在する部材(セパレータ、耐熱層等)の厚さを測定し、その測定値(典型的には合計厚さ)から算出してもよい。 The thickness of the inter-electrode distance D A is not particularly limited for obtaining it depends electrode body size, etc., from the viewpoint of suppressing the shuttle reaction of the gas generating agent, preferably more than 30 [mu] m, 35 [mu] m or more (e.g. 40μm or more, typically More specifically, it is more preferably 45 μm or more. But not the thickness of the upper also particularly limited in the inter-electrode distance D A, in view of the ion passage resistance, less than 80 [mu] m (e.g. less than 60 [mu] m, typically less than 55 .mu.m) is preferably set to. The thickness of the inter-electrode distance D A is a plurality of points the distance between electrodes of the positive and negative electrodes in the region A at regular intervals winding direction (at least three points, preferably more than 10 points) were measured, the average thereof measurements However, for convenience, for example, the thickness of a member (separator, heat-resistant layer, etc.) existing between the positive and negative electrodes at the inner end in the winding direction of the region where the positive and negative electrodes face each other is measured. You may calculate from a measured value (typically total thickness).
極間距離DBの厚さは、従来の二次電池と同様でよく、凡そ5μm〜40μm(例えば10μm〜30μm、典型的には15μm〜25μm)とすることが適当である。極間距離DBの厚さは、領域Bにおける正負極間の極間距離を捲回方向の一定間隔で複数点(少なくとも3点、好適には10点以上)測定し、それら測定値の平均を採用することが望ましいが、便宜的に例えば、正負極が対向する領域の捲回方向の外側端部における正負極間に存在する部材(セパレータ、耐熱層等)の厚さを測定し、その測定値(典型的には合計厚さ)から算出してもよい。 The thickness of the inter-electrode distance D B is may be the same as conventional secondary battery, approximately 5Myuemu~40myuemu (e.g. 10 m to 30 m, typically 15Myuemu~25myuemu) is suitable to be. The thickness of the inter-electrode distance D B is a plurality of points the distance between electrodes of the positive and negative electrodes in the region B at a predetermined interval in the winding direction (at least three points, preferably more than 10 points) were measured, the average thereof measurements However, for convenience, for example, the thickness of a member (separator, heat-resistant layer, etc.) existing between the positive and negative electrodes at the outer end in the winding direction of the region where the positive and negative electrodes face each other is measured. You may calculate from a measured value (typically total thickness).
極間距離DBに対する極間距離DAの比(DA/DB)は、1.1以上(例えば1.5以上、典型的には1.8以上)とすることが好ましい。これによって、高温状態になりやすい捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応がより効果的に抑制されて、ガス発生量がさらに増大する。一方、比(DA/DB)が大きすぎると、捲回中心側におけるイオン通過性が低下し、電池特性が低下する虞がある。これを抑制する観点から、比(DA/DB)は、4以下(例えば3以下、典型的には2.5以下)とすることが好ましい。 The ratio of the inter-electrode distance D A to the inter-electrode distance D B (D A / D B ) is preferably 1.1 or more (eg, 1.5 or more, typically 1.8 or more). As a result, the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side that tends to be in a high temperature state is more effectively suppressed, and the amount of gas generation is further increased. On the other hand, if the ratio (D A / D B ) is too large, the ion permeability at the winding center side is lowered, and the battery characteristics may be lowered. From the viewpoint of suppressing this, the ratio (D A / D B ) is preferably 4 or less (eg, 3 or less, typically 2.5 or less).
また、極間距離DAと極間距離DBとの差(DA−DB)は、電極体サイズ等によって異なり得るため特に限定されないが、捲回中心側における上記シャトル反応抑制とイオン通過性とを考慮して、10μmを超えることが好ましく、15μm以上(例えば20μm以上、典型的には22μm以上40μm未満)とすることがさらに好ましい。 Further, the difference (D A −D B ) between the interelectrode distance D A and the interelectrode distance D B is not particularly limited because it may vary depending on the electrode body size and the like, but the shuttle reaction suppression and ion passage on the winding center side are not limited. In consideration of the property, it is preferably more than 10 μm, more preferably 15 μm or more (for example, 20 μm or more, typically 22 μm or more and less than 40 μm).
なお、上記実施形態では、極間距離DA>DBの関係は、領域Aにおいて、2枚のセパレータ(第1セパレータおよび第2セパレータ)を重ねて配置することによって実現されていたが、これに限定されない。上記DA>DBの関係は、例えばセパレータを3重以上に積層することによって実現してもよい。あるいは、1枚の長尺状セパレータシートの厚さを長手方向に異ならせることによっても実現可能である。また、セパレータではなく、セパレータや正負極の表面に所定の厚さを有するフィラー層を形成することによってもDA>DBの関係を実現することができる。 In the above embodiment, the relationship between the distances D A > D B has been realized by arranging two separators (first separator and second separator) in the region A, It is not limited to. The relationship of D A > D B may be realized, for example, by stacking three or more separators. Alternatively, it can be realized by changing the thickness of one long separator sheet in the longitudinal direction. Further, the relationship of D A > D B can be realized by forming a filler layer having a predetermined thickness on the surfaces of the separator and the positive and negative electrodes instead of the separator.
<正極>
次に、上述のリチウム二次電池を構成する各構成要素について説明する。リチウム二次電池の正極(典型的には正極シート)を構成する正極集電体としては、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。そのような導電性部材としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を用いることができる。正極集電体の形状は、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。正極集電体の厚さも特に限定されず、例えば5μm〜30μmとすることができる。正極合材層は、正極活物質の他、必要に応じて導電材、結着材(バインダ)等の添加材を含有し得る。
<Positive electrode>
Next, each component which comprises the above-mentioned lithium secondary battery is demonstrated. As a positive electrode current collector constituting a positive electrode (typically, a positive electrode sheet) of a lithium secondary battery, a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used. As such a conductive member, for example, aluminum or an alloy containing aluminum as a main component can be used. The shape of the positive electrode current collector may be various forms such as a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, and can be, for example, 5 μm to 30 μm. In addition to the positive electrode active material, the positive electrode mixture layer can contain additives such as a conductive material and a binder (binder) as necessary.
正極活物質としては、リチウム(Li)および少なくとも1種の遷移金属元素(好ましくはニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種)を含むリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。上記複合酸化物としては、例えば、上記遷移金属元素を1種含むいわゆる一元系リチウム遷移金属複合酸化物、上記遷移金属元素を2種含むいわゆる二元系リチウム遷移金属複合酸化物、遷移金属元素としてNi、CoおよびMnを構成元素として含む三元系リチウム遷移金属複合酸化物、固溶型のリチウム過剰遷移金属複合酸化物が挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、正極活物質として、一般式がLiMAO4(ここでMは、Fe,Co,NiおよびMnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素であり、Aは、P,Si,SおよびVからなる群から選択される元素である。)で表されるポリアニオン型化合物も好ましく用いられる。なかでも、遷移金属元素としてNi、CoおよびMnを構成元素として含む三元系リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。この三元系リチウム遷移金属複合酸化物の典型例としては、一般式:
Li(LiaNixCoyMnz)O2
(上記一般式中のa、x、y、zはa+x+y+z=1を満足する実数)で表される三元系リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
As the positive electrode active material, lithium transition metal composite oxide containing lithium (Li) and at least one transition metal element (preferably at least one of nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn)) Is mentioned. Examples of the composite oxide include so-called binary lithium transition metal composite oxides containing one kind of the transition metal element, so-called binary lithium transition metal composite oxides containing two kinds of the transition metal elements, and transition metal elements. Examples thereof include ternary lithium transition metal composite oxides containing Ni, Co, and Mn as constituent elements, and solid solution lithium-excess transition metal composite oxides. These can be used alone or in combination of two or more. As the positive electrode active material, the general formula is LiMAO 4 (where M is at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Co, Ni and Mn, and A is P, Si, S and A polyanionic compound represented by the following formula is also preferably used: an element selected from the group consisting of V. Among these, a ternary lithium transition metal composite oxide containing Ni, Co, and Mn as transition metal elements as constituent elements is preferable. Typical examples of the ternary lithium transition metal composite oxide include a general formula:
Li (Li a Ni x Co y Mn z ) O 2
(A, x, y, z in the above general formula is a real number satisfying a + x + y + z = 1).
また、正極活物質は、Al,Cr,V,Mg,Ca,Ti,Zr,Nb,Mo,Cu,Zn,Ga,In,Sn,La,WおよびCeからなる群から選択される1種または2種以上の金属元素がさらに添加されたものであってもよい。これらの金属元素の添加量(配合量)は特に限定されないが、0.01質量%〜5質量%(例えば0.05質量%〜2質量%、典型的には0.1質量%〜0.8質量%)とするのが適当である。 Further, the positive electrode active material is selected from the group consisting of Al, Cr, V, Mg, Ca, Ti, Zr, Nb, Mo, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, W, and Ce, or Two or more kinds of metal elements may be further added. The addition amount (blending amount) of these metal elements is not particularly limited, but is 0.01% by mass to 5% by mass (for example, 0.05% by mass to 2% by mass, typically 0.1% by mass to 0.00%). 8 mass%) is appropriate.
導電材としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等の導電性粉末材料が好ましく用いられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック、例えばアセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、グラファイト粉末が好ましい。また、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル等の金属粉末類およびポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等を、1種を単独でまたは2種以上の混合物として用いることができる。 As the conductive material, a conductive powder material such as carbon powder or carbon fiber is preferably used. As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, ketjen black, and graphite powder are preferable. Also, conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper and nickel, and organic conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used singly or as a mixture of two or more. .
結着材としては各種のポリマー材料が挙げられる。例えば、水系の組成物(活物質粒子の分散媒として水または水を主成分とする混合溶媒を用いた組成物)を用いて正極合材層を形成する場合には、水溶性または水分散性のポリマー材料を結着材として好ましく採用し得る。水溶性または水分散性のポリマー材料としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル重合体;スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)等のゴム類;が例示される。 Examples of the binder include various polymer materials. For example, when the positive electrode mixture layer is formed using an aqueous composition (a composition using water or a mixed solvent containing water as a main component as a dispersion medium of active material particles), water-soluble or water-dispersible These polymer materials can be preferably used as the binder. Examples of water-soluble or water-dispersible polymer materials include cellulose polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC); polyvinyl alcohol (PVA); fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE); vinyl acetate polymers; styrene butadiene rubber Rubbers such as (SBR) and acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex);
あるいは、溶剤系の組成物(活物質粒子の分散媒が主として有機溶媒である組成物)を用いて正極合材層を形成する場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等のハロゲン化ビニル樹脂;ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイド;等のポリマー材料を用いることができる。このような結着材は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記で例示したポリマー材料は、結着材として用いられる他に、正極合材層形成用組成物の増粘材その他の添加材として使用されることもあり得る。 Alternatively, when the positive electrode mixture layer is formed using a solvent-based composition (a composition in which the dispersion medium of active material particles is mainly an organic solvent), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride (PVDC) Polymer materials such as vinyl halide resins such as polyethylene oxide, polyalkylene oxide such as polyethylene oxide (PEO), and the like can be used. Such a binder may be used alone or in combination of two or more. In addition, the polymer material illustrated above may be used as a thickener and other additives in the composition for forming a positive electrode mixture layer, in addition to being used as a binder.
正極合材層に占める正極活物質の割合は凡そ50質量%を超え、凡そ70質量%〜97質量%(例えば75質量%〜95質量%)であることが好ましい。また、正極合材層に占める添加材の割合は特に限定されないが、導電材の割合は、正極活物質100質量部に対して凡そ1質量部〜20質量部(例えば2質量部〜10質量部、典型的には3質量部〜7質量部)とすることが好ましい。結着材の割合は、正極活物質100質量部に対して凡そ0.8質量部〜10質量部(例えば1質量部〜7質量部、典型的には2質量部〜5質量部)とすることが好ましい。 The proportion of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is more than about 50% by mass, and preferably about 70% to 97% by mass (for example, 75% to 95% by mass). Moreover, the ratio of the additive to the positive electrode mixture layer is not particularly limited, but the ratio of the conductive material is about 1 to 20 parts by mass (for example, 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material). , Typically 3 to 7 parts by mass). The ratio of the binder is about 0.8 parts by mass to 10 parts by mass (for example, 1 part by mass to 7 parts by mass, typically 2 parts by mass to 5 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. It is preferable.
正極集電体上への正極合材層の単位面積当たりの目付量(正極合材層形成用組成物の固形分換算の塗付量)は特に限定されるものではないが、充分な導電経路(導電パス)を確保する観点から、正極集電体の片面当たり3mg/cm2以上(例えば6mg/cm2以上、典型的には12mg/cm2以上)であり、45mg/cm2以下(例えば28mg/cm2以下、典型的には18mg/cm2以下)とすることが好ましい。正極合材層の密度も特に限定されないが、1.0g/cm3〜3.8g/cm3(例えば1.5g/cm3〜3.5g/cm3、典型的には2.0g/cm3〜3.0g/cm3)とすることが好ましい。 The basis weight per unit area of the positive electrode mixture layer on the positive electrode current collector (the coating amount in terms of solid content of the composition for forming the positive electrode mixture layer) is not particularly limited, but a sufficient conductive path From the viewpoint of securing (conductive path), it is 3 mg / cm 2 or more (for example, 6 mg / cm 2 or more, typically 12 mg / cm 2 or more) per side of the positive electrode current collector, and 45 mg / cm 2 or less (for example, 28 mg / cm 2 or less, typically 18 mg / cm 2 or less). The density of the positive electrode mixture layer is not particularly limited, but is 1.0 g / cm 3 to 3.8 g / cm 3 (for example, 1.5 g / cm 3 to 3.5 g / cm 3 , typically 2.0 g / cm 3). 3 to 3.0 g / cm 3 ).
<負極>
負極(典型的には負極シート)を構成する負極集電体としては、従来のリチウム二次電池と同様に、導電性の良好な金属からなる導電性部材が好ましく用いられる。そのような導電性部材としては、例えば、銅または銅を主成分とする合金を用いることができる。負極集電体の形状は、シート状、箔状、メッシュ状等の種々の形態であり得る。負極集電体の厚さは特に限定されず、例えば5μm〜30μmとすることができる。
<Negative electrode>
As the negative electrode current collector constituting the negative electrode (typically, the negative electrode sheet), a conductive member made of a metal having good conductivity is preferably used as in the case of a conventional lithium secondary battery. As such a conductive member, for example, copper or an alloy containing copper as a main component can be used. The negative electrode current collector may have various shapes such as a sheet shape, a foil shape, and a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, and can be, for example, 5 μm to 30 μm.
負極合材層には、電荷担体となるLiイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質が含まれる。負極活物質の組成や形状に特に制限はなく、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の1種または2種以上を使用することができる。そのような負極活物質としては、リチウム二次電池で一般的に用いられる炭素材料が挙げられる。上記炭素材料の代表例としては、グラファイトカーボン(黒鉛)、アモルファスカーボン等が挙げられる。少なくとも一部にグラファイト構造(層状構造)を含む粒子状の炭素材料(カーボン粒子)が好ましく用いられる。なかでも天然黒鉛を主成分とする炭素材料の使用が好ましい。天然黒鉛は鱗片状の黒鉛を球形化したものであり得る。また、黒鉛の表面にアモルファスカーボンがコートされた炭素質粉末を用いてもよい。その他、負極活物質として、チタン酸リチウム等の酸化物、ケイ素材料、スズ材料等の単体、合金、化合物、上記材料を併用した複合材料を用いることも可能である。 The negative electrode mixture layer includes a negative electrode active material that can occlude and release Li ions serving as charge carriers. There is no restriction | limiting in particular in a composition and a shape of a negative electrode active material, The 1 type (s) or 2 or more types of the material conventionally used for a lithium secondary battery can be used. Examples of such a negative electrode active material include carbon materials generally used in lithium secondary batteries. Representative examples of the carbon material include graphite carbon (graphite) and amorphous carbon. A particulate carbon material (carbon particles) containing a graphite structure (layered structure) at least partially is preferably used. Of these, the use of a carbon material mainly composed of natural graphite is preferred. Natural graphite may be a spheroidized graphite. Alternatively, a carbonaceous powder having a graphite surface coated with amorphous carbon may be used. In addition, as the negative electrode active material, it is also possible to use oxides such as lithium titanate, simple substances such as silicon materials and tin materials, alloys, compounds, and composite materials using the above materials in combination.
負極合材層は、負極活物質の他に、一般的なリチウム二次電池の負極合材層に配合され得る1種または2種以上の結着材や増粘材その他の添加材を必要に応じて含有することができる。結着材としては各種のポリマー材料が挙げられる。例えば、水系の組成物または溶剤系の組成物に対して、正極合材層に含有され得るものを好ましく用いることができる。上記結着材は、結着材として用いられる他に、負極合材層形成用組成物の増粘材その他の添加材として使用されることもあり得る。 In addition to the negative electrode active material, the negative electrode mixture layer requires one or more binders, thickeners, and other additives that can be blended in the negative electrode mixture layer of a typical lithium secondary battery. It can be contained accordingly. Examples of the binder include various polymer materials. For example, what can be contained in the positive electrode mixture layer can be preferably used for an aqueous composition or a solvent-based composition. In addition to being used as a binder, the binder may be used as a thickener or other additive in a composition for forming a negative electrode mixture layer.
負極合材層に占める負極活物質の割合は、凡そ90質量%〜99質量%(例えば95質量%〜99質量%、典型的には97質量%〜99質量%)とするのが適当である。また、負極合材層に占める添加材の割合は特に限定されないが、凡そ0.8質量%〜10質量%(例えば凡そ1質量%〜5質量%、典型的には1質量%〜3質量%)であり得る。 The proportion of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is suitably about 90% to 99% by mass (for example, 95% to 99% by mass, typically 97% to 99% by mass). . The proportion of the additive in the negative electrode mixture layer is not particularly limited, but is approximately 0.8% by mass to 10% by mass (for example, approximately 1% by mass to 5% by mass, typically 1% by mass to 3% by mass). ).
負極集電体上への負極合材層の単位面積当たりの目付量(負極合材層形成用組成物の固形分換算の塗付量)は特に限定されるものではないが、充分な導電経路(導電パス)を確保する観点から、負極集電体の片面当たり2mg/cm2以上(例えば5mg/cm2以上、典型的には8mg/cm2以上)であり、40mg/cm2以下(例えば22mg/cm2以下、典型的には14mg/cm2以下)とすることが好ましい。負極合材層の密度も特に限定されないが、1.0g/cm3〜3.0g/cm3(例えば1.2g/cm3〜2.0g/cm3、典型的には1.3g/cm3〜1.5g/cm3)とすることが好ましい。 The basis weight per unit area of the negative electrode composite material layer on the negative electrode current collector (the coating amount in terms of solid content of the composition for forming the negative electrode composite material layer) is not particularly limited, but sufficient conductive paths From the viewpoint of securing (conductive path), it is 2 mg / cm 2 or more (for example, 5 mg / cm 2 or more, typically 8 mg / cm 2 or more) per side of the negative electrode current collector, and 40 mg / cm 2 or less (for example, 22 mg / cm 2 or less, typically 14 mg / cm 2 or less). The density of the negative electrode mixture layer is not particularly limited, but is 1.0 g / cm 3 to 3.0 g / cm 3 (for example, 1.2 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 , typically 1.3 g / cm 3). 3 to 1.5 g / cm 3 ).
<セパレータ>
正極と負極とを隔てるように配置されるセパレータ(セパレータシート)は、正極合材層と負極合材層とを絶縁するとともに、電解質の移動を許容する部材であればよい。上記セパレータとしては、従来のリチウム二次電池においてセパレータとして用いられるシートと同様のものを用いることができる。そのような部材としては、例えば、多孔質体や不織布状体、布状体等が挙げられる。なかでも、樹脂からなる多孔性シート(多孔性樹脂シート)を好ましく用いることができる。
<Separator>
The separator (separator sheet) disposed so as to separate the positive electrode and the negative electrode may be a member that insulates the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer and allows the electrolyte to move. As said separator, the thing similar to the sheet | seat used as a separator in the conventional lithium secondary battery can be used. Examples of such a member include a porous body, a nonwoven fabric, and a cloth. Especially, the porous sheet (porous resin sheet) which consists of resin can be used preferably.
上記多孔性樹脂シートの好適例としては、ポリオレフィン(ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等)、ポリエステル、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を主体に構成されたシートが挙げられる。一好適例として、1種または2種以上のポリオレフィン系樹脂を主体に構成された単層または多層構造のシート(ポリオレフィン系シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された3層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。上記PEは、一般に高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状(線状)低密度ポリエチレン(LLDPE)と称されるいずれのポリエチレンであってもよく、これらの混合物であってもよい。また、上記セパレータは、必要に応じて、各種可塑剤、酸化防止剤等の添加剤を含有することもできる。 Preferable examples of the porous resin sheet include a sheet mainly composed of a thermoplastic resin such as polyolefin (polyethylene (PE), polypropylene (PP), etc.), polyester, and polyamide. As a preferred example, a sheet having a single-layer structure or a multilayer structure (polyolefin-based sheet) mainly composed of one or more kinds of polyolefin-based resins can be given. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which a PP layer is laminated on both sides of the PE layer can be suitably used. The PE may be any polyethylene generally referred to as high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), or linear (linear) low-density polyethylene (LLDPE), or a mixture thereof. May be. Moreover, the said separator can also contain additives, such as various plasticizers and antioxidant, as needed.
単層構造または多層構造のセパレータを構成する樹脂シートとしては、例えば一軸延伸または二軸延伸された多孔性樹脂シートを好適に用いることができる。なかでも、長手方向に一軸延伸された多孔性樹脂シートは、適度な強度を備えつつ幅方向の熱収縮が少ないため特に好ましい。一軸延伸された多孔性樹脂シートを有するセパレータを用いると、長尺シート状の正極および負極とともに捲回された態様において、長手方向の熱収縮も抑制され得る。したがって、長手方向に一軸延伸された多孔性樹脂シートは、上記捲回電極体を構成するセパレータの一要素として特に好適である。 As the resin sheet constituting the separator having a single layer structure or a multilayer structure, for example, a uniaxially stretched or biaxially stretched porous resin sheet can be suitably used. Among these, a porous resin sheet uniaxially stretched in the longitudinal direction is particularly preferable because it has an appropriate strength and has little heat shrinkage in the width direction. When a separator having a uniaxially stretched porous resin sheet is used, thermal contraction in the longitudinal direction can be suppressed in a mode in which the separator is wound together with a long sheet-like positive electrode and negative electrode. Therefore, the porous resin sheet uniaxially stretched in the longitudinal direction is particularly suitable as one element of the separator constituting the wound electrode body.
セパレータの多孔度(空孔率)PSは、概ね20〜70%程度であることが好ましく、例えば30〜60%程度であることがより好ましい。セパレータの多孔度PSが大きすぎると、強度が不足したり、熱収縮が著しくなったりすることがあり得る。一方、上記多孔度PSが小さすぎると、セパレータに保持可能な電解液量が少なくなり、イオン通過性が低下して、充放電特性が低下傾向となることがあり得る。なお、セパレータの多孔度PSは以下の方法により算出することができる。単位面積(表面積)のセパレータが占める見かけの体積をV1[cm3]とし、上記単位面積のセパレータの質量をW[g]とする。この質量Wと上記セパレータを構成する樹脂材料の真密度ρ[g/cm3]との比、すなわちW/ρをV0とする。なお、V0は質量Wの樹脂材料の緻密体が占める体積である。セパレータの多孔度PSは、[(V1−V0)/V1]×100から算出することができる。セパレータの多孔度PSは樹脂の材質、延伸強度等により調整し得る。 Separator porosity (porosity) P S is preferably generally about 20% to 70%, and more preferably, for example, about 30% to 60%. When the porosity P S of the separator is too large, strength is insufficient or the thermal contraction may be or become remarkably. On the other hand, the When the porosity P S is too small, the less electrolyte volume capable of holding a separator, and reduced ion passage resistance, charge and discharge characteristics may be a downward trend. Incidentally, the porosity P S of the separator can be calculated by the following method. The apparent volume occupied by the separator of the unit area (surface area) is V1 [cm 3 ], and the mass of the unit area separator is W [g]. The ratio between the mass W and the true density ρ [g / cm 3 ] of the resin material constituting the separator, that is, W / ρ is V0. Note that V0 is a volume occupied by a dense body of resin material having a mass W. Porosity P S of the separator can be calculated from [(V1-V0) / V1 ] × 100. Porosity P S of the separator may adjust the material of the resin, the stretching strength or the like.
また、極間距離DA>DBの関係を、捲回電極体の最内周部分を含む領域Aに2枚以上のセパレータを配置することで実現する場合、各セパレータは、それぞれ独立して上述の材料、製法、多孔度等を採用することができる。例えば、領域Aに2枚のセパレータを配置する場合、捲回方向の全体(領域Aおよび領域B)に配置される第1セパレータの多孔度PS1としては、上述の多孔度を採用することができる。また、領域Aにのみ配置される第2セパレータの多孔度PS2は、捲回中心側におけるイオン通過性と非水電解質の保持性の観点から、第1セパレータの多孔度PS1より大きく、かつ凡そ30〜70%(例えば40〜60%、典型的には45〜55%)とすることが好ましい。なお、第2セパレータの多孔度PS2を大きくしてもガス発生量は低下しないことが確認されている。 Further, when the relationship between the distances D A > D B is realized by arranging two or more separators in the region A including the innermost peripheral portion of the wound electrode body, each separator is independently The above materials, manufacturing methods, porosity, etc. can be employed. For example, when two separators are disposed in the region A, the above-described porosity may be adopted as the porosity P S1 of the first separator disposed in the entire winding direction (region A and region B). it can. In addition, the porosity PS2 of the second separator disposed only in the region A is larger than the porosity PS1 of the first separator from the viewpoint of ion permeability at the winding center side and retention of the nonaqueous electrolyte, and It is preferably about 30 to 70% (for example, 40 to 60%, typically 45 to 55%). It has been confirmed that the amount of gas generated does not decrease even when the porosity PS2 of the second separator is increased.
また、領域Aに2枚のセパレータを配置する場合における、上記第1セパレータの多孔度PS1に対する上記第2セパレータの多孔度PS2の比(PS2/PS1)は、捲回中心側におけるイオン通過性と非水電解質の保持性の観点から、1より大きいことが好ましく、1.05以上(例えば1.1以上、典型的には1.2以上1.5未満)とすることが好ましい。また、第1セパレータの多孔度PS1(%)と第2セパレータの多孔度PS2(%)の差(PS2−PS1)は、上記比(PS2/PS1)と同様の観点から、3(%)以上(例えば5(%)以上、典型的には8(%)以上30(%)未満)とすることが好ましい。 In the case where two separators are arranged in the region A, the ratio of the porosity P S2 of the second separator to the porosity P S1 of the first separator (P S2 / P S1 ) is on the winding center side. From the viewpoint of ion permeability and nonaqueous electrolyte retention, it is preferably greater than 1, and preferably 1.05 or more (eg 1.1 or more, typically 1.2 or more and less than 1.5). . The difference between the porosity P S1 (%) of the first separator and the porosity P S2 (%) of the second separator (P S2 -P S1 ) is the same as the above ratio (P S2 / P S1 ). 3 (%) or more (for example, 5 (%) or more, typically 8 (%) or more and less than 30 (%)) is preferable.
セパレータの厚さTSは特に限定されるものではないが、5μm〜40μm(例えば10μm〜30μm、典型的には15μm〜25μm)程度が好ましい。セパレータの厚さTSが上記の範囲内であることにより、セパレータのイオン通過性がより良好となり、また、破膜がより生じにくくなる。 The thickness of the separator T S is not particularly limited, 5μm~40μm (e.g. 10 m to 30 m, typically 15Myuemu~25myuemu) is preferably about. By thickness T S of the separator is within the above range, the ion passage of the separator becomes better, also rupture is less likely to occur.
極間距離DA>DBの関係を、捲回電極体の最内周部分を含む領域Aに2枚以上のセパレータを配置することで実現する場合、各セパレータは、それぞれ独立して上述の厚さを採用することができる。例えば、領域Aに2枚のセパレータを配置する場合、捲回方向の全体(領域Aおよび領域B)に配置される第1セパレータの厚さTS1として、上述の厚さを採用することができる。また、領域Aにのみ配置される第2セパレータの厚さTS2は、ガス発生剤のシャトル反応抑制とイオン通過性とを考慮して、10μmを超えることが好ましく、15μm以上(例えば20μm以上、典型的には22μm以上40μm未満)とすることがさらに好ましい。なお、領域Aにのみ配置するセパレータを3枚以上とする場合、その合計厚さとして、上記の厚さTS2の値を好ましく採用することができる。 When the relationship between the distances D A > D B is realized by arranging two or more separators in the region A including the innermost peripheral portion of the wound electrode body, each separator is independently described above. Thickness can be employed. For example, when two separators are arranged in the region A, the above-described thickness can be adopted as the thickness T S1 of the first separator arranged in the entire winding direction (region A and region B). . Further, the thickness T S2 of the second separator disposed only in the region A is preferably more than 10 μm in consideration of the shuttle reaction suppression of the gas generating agent and the ion permeability, and is preferably 15 μm or more (for example, 20 μm or more, (Typically, it is more preferably 22 μm or more and less than 40 μm). When the number of separators disposed only in the region A is three or more, the value of the thickness TS2 can be preferably adopted as the total thickness.
また、領域Aに2枚のセパレータを配置する場合における、上記第1セパレータの厚さTS1に対する上記第2セパレータの厚さTS2の比(TS2/TS1)は、捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応を抑制する観点から、0.1以上(例えば0.5以上、典型的には0.8以上)とすることが好ましい。また、捲回中心側におけるイオン通過性を考慮して、比(TS2/TS1)は、2以下(例えば1.5以下、典型的には1.2以下)とすることが好ましい。なお、領域Aにのみ配置するセパレータを3枚以上とする場合、その合計厚さを上記の厚さTS2として用いることにより、上記比(TS2/TS1)の値を好ましく適用することができる。 In the case where two separators are arranged in the region A, the ratio of the thickness T S2 of the second separator to the thickness T S1 of the first separator (T S2 / T S1 ) is From the viewpoint of suppressing the shuttle reaction of the gas generating agent, it is preferably 0.1 or more (for example, 0.5 or more, typically 0.8 or more). In consideration of ion permeability at the winding center side, the ratio (T S2 / T S1 ) is preferably 2 or less (for example, 1.5 or less, typically 1.2 or less). When the number of separators arranged only in the region A is three or more, the value of the ratio (T S2 / T S1 ) is preferably applied by using the total thickness as the thickness T S2. it can.
<耐熱層>
また、上記のセパレータ、正極および負極の少なくとも1つには、耐熱層の少なくとも1層が設けられていることが好ましい。上記耐熱層は、セパレータ、正極および負極のうち少なくとも1つの表面(片面または両面)の長手方向(捲回方向)および幅方向の全体に亘って形成されているものであり得る。なかでも、セパレータの一表面に形成されていることが好ましい。
<Heat resistant layer>
Further, it is preferable that at least one of the separator, the positive electrode, and the negative electrode is provided with at least one heat-resistant layer. The heat-resistant layer may be formed over the entire length direction (winding direction) and width direction of at least one surface (one side or both sides) of the separator, the positive electrode, and the negative electrode. Especially, it is preferable that it is formed on one surface of the separator.
上記耐熱層は、無機フィラー(例えば金属酸化物、金属水酸化物等のフィラー)や、有機フィラー(例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂粒子)を主成分とするものであり得る。上記耐熱層の主成分となり得るフィラーは、有機フィラー、無機フィラーのいずれであってもよいが、耐熱性や分散性、安定性を考慮すると、無機フィラーを用いることが好ましい。無機フィラーとしては、特に限定されないが、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、ジルコニア、カルシア、マグネシア、酸化鉄等の無機酸化物、窒化アルミニウム等の無機窒化物、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、硫酸バリウム等の硫酸塩、塩化マグネシウム等の塩化物、フッ化バリウム等のフッ化物、シリコン等の共有結合性結晶、タルク、クレー、マイカ、ベントナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、セリサイト等の鉱物系材料あるいはこれらの人造物等であってもよい。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、電気化学的安定性が高く、耐熱性および機械的強度にも優れるという理由から、アルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、ジルコニア、カルシア、マグネシアが好ましく、ベーマイト、アルミナが特に好ましい。 The heat-resistant layer may be mainly composed of an inorganic filler (for example, a filler such as a metal oxide or a metal hydroxide) or an organic filler (for example, resin particles such as polyethylene or polypropylene). The filler that can be the main component of the heat-resistant layer may be either an organic filler or an inorganic filler, but it is preferable to use an inorganic filler in consideration of heat resistance, dispersibility, and stability. The inorganic filler is not particularly limited. For example, inorganic oxides such as alumina, boehmite, silica, titania, zirconia, calcia, magnesia, and iron oxide, inorganic nitrides such as aluminum nitride, carbonates such as magnesium carbonate, and barium sulfate. Such as sulfate, magnesium chloride, fluoride such as barium fluoride, covalent crystal such as silicon, talc, clay, mica, bentonite, montmorillonite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, sericite, etc. It may be a mineral-based material or an artificial product thereof. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, alumina, boehmite, silica, titania, zirconia, calcia, and magnesia are preferable, and boehmite and alumina are particularly preferable because of high electrochemical stability and excellent heat resistance and mechanical strength.
フィラーの形態は特に限定されず、例えば粒子状、繊維状、板状(フレーク状)等であり得る。フィラーの平均粒径は特に限定されないが、分散性等を考慮して0.1μm〜15μm(例えば0.1μm〜5μm、典型的には0.2μm〜1.5μm)とするのが適当である。フィラーの平均粒径としては、レーザー散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布から導き出せるメジアン径(平均粒径D50:50%体積平均粒径)を採用することができる。 The form of the filler is not particularly limited, and may be, for example, a particle shape, a fiber shape, a plate shape (flake shape) or the like. The average particle diameter of the filler is not particularly limited, but is suitably 0.1 μm to 15 μm (for example, 0.1 μm to 5 μm, typically 0.2 μm to 1.5 μm) in consideration of dispersibility and the like. . As the average particle diameter of the filler, a median diameter (average particle diameter D 50 : 50% volume average particle diameter) that can be derived from the particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring apparatus based on a laser scattering / diffraction method can be employed. .
耐熱層はまた、結着材等の添加材を含有することが好ましい。耐熱層形成用組成物が水系の溶媒(結着材の分散媒として水または水を主成分とする混合溶媒を用いた溶液)の場合には、結着材は水系の溶媒に分散または溶解するポリマーを用いることができる。水系溶媒に分散または溶解するポリマーとしては、例えばアクリル系樹脂が挙げられる。アクリル系樹脂としては、メチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、2‐ヒドロキシエチルアクリレート、2‐ヒドロキシエチルメタクリレート等のモノマーを1種類で重合した単独重合体が好ましく用いられる。あるいは、上記モノマーの2種以上を重合した共重合体であってもよい。さらに、上記単独重合体および共重合体の2種類以上を混合したものであってもよい。上述したアクリル系樹脂のほかに、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリル酸変性SBR樹脂(SBR系ラテックス)、アラビアゴム等のゴム類;ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン系樹脂;カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;酢酸ビニル重合体;ポリエチレンオキサイド(PEO)等のポリアルキレンオキサイド;等を用いることができる。これらポリマーは、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、アクリル系樹脂、SBR、ポリオレフィン系樹脂、CMCが好ましい。これらの水系結着材は、大気中の水分と反応・硬化しないので、耐熱層の伸展性を容易に(例えば製造時に水分管理を行うことなく)調整し得る点で好ましい。 The heat-resistant layer also preferably contains an additive such as a binder. When the heat-resistant layer forming composition is an aqueous solvent (a solution using water or a mixed solvent containing water as a main component as a dispersion medium for the binder), the binder is dispersed or dissolved in the aqueous solvent. Polymers can be used. Examples of the polymer that is dispersed or dissolved in the aqueous solvent include acrylic resins. As the acrylic resin, a single polymer obtained by polymerizing monomers such as methyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, butyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl acrylate, and 2-hydroxyethyl methacrylate. Coalescence is preferably used. Or the copolymer which superposed | polymerized 2 or more types of the said monomer may be sufficient. Further, a mixture of two or more of the above homopolymers and copolymers may be used. In addition to the acrylic resin described above, styrene butadiene rubber (SBR), acrylic acid-modified SBR resin (SBR latex), rubber such as gum arabic; polyolefin resin such as polyethylene (PE); carboxymethylcellulose (CMC), Cellulose polymers such as methyl cellulose (MC); polyvinyl alcohol (PVA); fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE); vinyl acetate polymers; polyalkylene oxides such as polyethylene oxide (PEO); it can. These polymers can be used alone or in combination of two or more. Of these, acrylic resins, SBR, polyolefin resins, and CMC are preferable. These water-based binders are preferable in that they do not react or harden with moisture in the atmosphere and can easily adjust the extensibility of the heat-resistant layer (for example, without performing water management during production).
また、耐熱層形成用組成物が溶剤系の溶媒(結着材の分散媒が主として有機溶媒である溶液)の場合には、結着材は溶剤系の溶媒に分散または溶解するポリマーを用いることができる。溶剤系溶媒に分散または溶解するポリマーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のハロゲン化ビニル樹脂が挙げられる。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、ポリフッ化ビニリデンは、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体であってもよい。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、三塩化フッ化エチレン等が例示される。あるいは、溶剤系溶媒に分散または溶解するポリマーとして、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル等も好ましく用いられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。 When the heat-resistant layer forming composition is a solvent-based solvent (a solution in which the binder dispersion medium is mainly an organic solvent), the binder should be a polymer that is dispersed or dissolved in the solvent-based solvent. Can do. Examples of the polymer that is dispersed or dissolved in the solvent-based solvent include vinyl halide resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF). As the polyvinylidene fluoride, a homopolymer of vinylidene fluoride is preferably used. Furthermore, the polyvinylidene fluoride may be a copolymer of a vinyl monomer copolymerizable with vinylidene fluoride. Examples of vinyl monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, and ethylene trichloride fluoride. Alternatively, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, or the like is preferably used as a polymer that is dispersed or dissolved in a solvent-based solvent. These may be used alone or in combination of two or more.
耐熱層全体に占めるフィラー(例えば無機フィラー)の割合は特に限定されないが、凡そ90質量%以上(例えば92質量%〜99.5質量%、典型的には95質量%〜99質量%)であることが好ましい。また、耐熱層が結着材、増粘材等の添加材を含有する場合、耐熱層に占める添加材の割合は凡そ10質量%以下(例えば0.5質量%〜8質量%、典型的には1質量%〜5質量%)とすることが好ましい。フィラー、必要であれば結着材やその他の添加材の割合が上記の範囲内であることにより、耐熱層の投錨性や耐熱層自体の強度(保形性)が向上する。また、耐熱層の多孔度を良好な範囲に調整しやすくなり、イオン通過性がより向上する傾向がある。さらに、耐熱層をセパレータ上に形成する場合には、セパレータの強度や伸び率を好適な範囲に調整しやすい。 The proportion of the filler (eg, inorganic filler) in the entire heat-resistant layer is not particularly limited, but is approximately 90% by mass or more (eg, 92% by mass to 99.5% by mass, typically 95% by mass to 99% by mass). It is preferable. When the heat-resistant layer contains additives such as a binder and a thickener, the proportion of the additive in the heat-resistant layer is about 10% by mass or less (for example, 0.5% to 8% by mass, typically Is preferably 1% by mass to 5% by mass). When the ratio of the filler, if necessary, the binder and other additives is within the above range, the anchoring property of the heat-resistant layer and the strength (shape retention) of the heat-resistant layer itself are improved. Moreover, it becomes easy to adjust the porosity of a heat-resistant layer to a favorable range, and there exists a tendency for ion permeability to improve more. Furthermore, when forming a heat-resistant layer on a separator, it is easy to adjust the intensity | strength and elongation rate of a separator to a suitable range.
耐熱層の多孔度(空孔率)は特に限定されないが、非水電解質の保持性やイオン通過性向上の観点から40%以上(例えば45%以上、典型的には50%以上)であることが好ましい。また上記多孔度は、熱収縮を抑制する観点、ヒビや剥落等の不具合が生じない程度の強度を得る観点から75%以下(例えば70%以下、典型的には65%以下)であることが好ましい。耐熱層の多孔度は、セパレータの多孔度PSの算出と同様の方法により算出することができる。その場合において、耐熱層の質量Wは例えば以下のようにして測定することができる。すなわち、耐熱層が形成されたセパレータ、正極または負極を所定の面積に切り抜いて試料とし、その質量を測定する。次に、その試料の質量から、上記所定面積のセパレータ、正極または負極の質量を減ずることにより、上記所定面積の耐熱層の質量を算出する。このようにして算出した耐熱層の質量を単位面積当たりに換算することにより、耐熱層の質量W[g]を算出することができる。耐熱層の多孔度は、構成成分やその配合比率、塗付方法、乾燥方法等により調整し得る。 The porosity (porosity) of the heat-resistant layer is not particularly limited, but is 40% or more (for example, 45% or more, typically 50% or more) from the viewpoint of improving nonaqueous electrolyte retention and ion passage. Is preferred. The porosity is 75% or less (for example, 70% or less, typically 65% or less) from the viewpoint of suppressing heat shrinkage and obtaining a strength that does not cause defects such as cracks or peeling. preferable. The porosity of the heat resistant layer can be calculated by the same method as calculating the porosity P S of the separator. In that case, the mass W of the heat-resistant layer can be measured, for example, as follows. That is, a separator, a positive electrode, or a negative electrode on which a heat-resistant layer is formed are cut out to a predetermined area to obtain a sample, and the mass is measured. Next, the mass of the heat-resistant layer having the predetermined area is calculated by subtracting the mass of the separator, positive electrode, or negative electrode having the predetermined area from the mass of the sample. The mass W [g] of the heat-resistant layer can be calculated by converting the mass of the heat-resistant layer thus calculated per unit area. The porosity of the heat-resistant layer can be adjusted by the constituent components, the blending ratio thereof, the application method, the drying method and the like.
耐熱層の厚さは特に限定されないが、凡そ1μm〜12μm(例えば2μm〜10μm、典型的には3μm〜8μm)であることがより好ましい。耐熱層の厚さが上記の範囲内であることにより、短絡防止効果や非水電解質の保持性が向上する。また、セパレータ上に耐熱層を設ける場合には、セパレータの強度や伸び率を好適な範囲に調整しやすい。耐熱層の厚さは、SEM(Scanning Electron Microscope)により撮影した画像を解析することにより求めることができる。 The thickness of the heat-resistant layer is not particularly limited, but is more preferably about 1 μm to 12 μm (for example, 2 μm to 10 μm, typically 3 μm to 8 μm). When the thickness of the heat-resistant layer is within the above range, the effect of preventing a short circuit and the retention of the nonaqueous electrolyte are improved. Moreover, when providing a heat-resistant layer on a separator, it is easy to adjust the intensity | strength and elongation rate of a separator to a suitable range. The thickness of the heat-resistant layer can be obtained by analyzing an image taken with a SEM (Scanning Electron Microscope).
<フィラー層>
また、極間距離DA>DBの関係は、捲回電極体の最内周部分を含む領域Aにおけるセパレータ、正極および負極の少なくとも1つにフィラー層を形成することによって実現してもよい。このフィラー層は領域Aには形成されているが領域Bには形成されていない。このフィラー層の組成、製法、物理的特性(例えば多孔度や厚さ)は、上述の耐熱層における組成、製法、物理的性状を好ましく採用することができるので、ここでは説明は繰り返さない。なお、上記フィラー層は、上述の耐熱層と併用して形成してもよく、あるいは耐熱層を形成せずにフィラー層のみを形成してもよい。また、上記フィラー層は、上述の第2セパレータとも併用可能である。
<Filler layer>
Further, the relationship of the interelectrode distance D A > D B may be realized by forming a filler layer on at least one of the separator, the positive electrode, and the negative electrode in the region A including the innermost peripheral portion of the wound electrode body. . This filler layer is formed in the region A but not in the region B. The composition, manufacturing method, and physical properties (for example, porosity and thickness) of the filler layer can preferably employ the above-described composition, manufacturing method, and physical properties in the heat-resistant layer, and thus description thereof will not be repeated here. In addition, the said filler layer may be formed together with the above-mentioned heat resistant layer, or may form only a filler layer without forming a heat resistant layer. Moreover, the said filler layer can be used together with the above-mentioned 2nd separator.
領域Aにのみ配置されるフィラー層の多孔度PFは、捲回中心側におけるイオン通過性と非水電解質の保持性の観点から、セパレータの多孔度PSより大きく、かつ凡そ40〜75%(例えば45〜70%、典型的には50〜65%)とすることが好ましい。また、上記セパレータの多孔度PSに対する上記フィラー層の多孔度PFの比(PF/PS)は、捲回中心側におけるイオン通過性と非水電解質の保持性を考慮して、1より大きいことが好ましく、1.05以上(例えば1.1以上、典型的には1.2以上1.5未満)とすることが好ましい。また、セパレータの多孔度PS(%)とフィラー層の多孔度PF(%)の差(PF−PS)は、上記比(PF/PS)と同様の観点から、3(%)以上(例えば5(%)以上、典型的には8(%)以上30(%)未満)とすることが好ましい。 The porosity P F of the filler layer arranged only in the region A, from the viewpoint of retention of the ion passage resistance and the non-aqueous electrolyte in the winding center side, larger than the porosity P S of the separator, and approximately 40 to 75% (For example, 45 to 70%, typically 50 to 65%) is preferable. The ratio of the porosity P F of the filler layer to the porosity P S of the separator (P F / P S), taking into account the retention of ion passage of the non-aqueous electrolyte in the winding center side, 1 It is preferably larger, and is preferably 1.05 or more (for example, 1.1 or more, typically 1.2 or more and less than 1.5). Further, the porosity P F (%) porosity P S (%) and the filler layer of the separator difference (P F -P S), from the same viewpoint as the ratio (P F / P S), 3 ( %) Or more (for example, 5 (%) or more, typically 8 (%) or more and less than 30 (%)).
領域Aにのみ配置されるフィラー層の厚さTFは、捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応抑制とイオン通過性とを考慮して、10μmを超えることが好ましく、12μm以上(例えば14μm以上、典型的には16μm以上22μm未満)とすることがさらに好ましい。また、セパレータの厚さTSに対するフィラー層の厚さTFの比(TF/TS)は、捲回中心側におけるガス発生剤のシャトル反応を抑制する観点から、0.1以上(例えば0.3以上、典型的には0.5以上)とすることが好ましい。また、捲回中心側におけるイオン通過性を考慮して、比(TF/TS)は、2以下(例えば1.5以下、典型的には1以下)とすることが好ましい。 The thickness TF of the filler layer disposed only in the region A is preferably more than 10 μm, preferably 12 μm or more (for example, 14 μm) in consideration of the suppression of the shuttle reaction of the gas generating agent and the ion permeability on the winding center side. As described above, typically, the thickness is more preferably 16 μm or more and less than 22 μm. The ratio of the thickness T F of the filler layer to the thickness T S of the separator (T F / T S ) is 0.1 or more (for example, from the viewpoint of suppressing the shuttle reaction of the gas generating agent on the winding center side) 0.3 or more, typically 0.5 or more). In consideration of ion permeability at the winding center side, the ratio (T F / T S ) is preferably 2 or less (for example, 1.5 or less, typically 1 or less).
<非水電解質>
リチウム二次電池に注入される非水電解質を構成する非水溶媒と支持塩は、従来からリチウム二次電池に用いられるものを特に限定なく使用することができる。上記非水電解質は、典型的には適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する電解液である。上記非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトンが挙げられ、これらは単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。なかでも、EC、DMCおよびEMCの混合溶媒が好ましい。
<Nonaqueous electrolyte>
As the non-aqueous solvent and the supporting salt constituting the non-aqueous electrolyte injected into the lithium secondary battery, those conventionally used for lithium secondary batteries can be used without any particular limitation. The nonaqueous electrolyte is typically an electrolytic solution having a composition in which a supporting salt is contained in a suitable nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,2-dimethoxyethane, 1,2- Diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone These may be used alone or in combination of two or more. Of these, a mixed solvent of EC, DMC and EMC is preferable.
また、上記支持塩としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiI等のリチウム化合物(リチウム塩)の1種または2種以上を用いることができる。なお、支持塩の濃度は特に限定されないが、凡そ0.1mol/L〜5mol/L(例えば0.5mol/L〜3mol/L、典型的には0.8mol/L〜1.5mol/L)の濃度とすることができる。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. One or more of lithium compounds (lithium salts) such as LiI can be used. The concentration of the supporting salt is not particularly limited, but is approximately 0.1 mol / L to 5 mol / L (for example, 0.5 mol / L to 3 mol / L, typically 0.8 mol / L to 1.5 mol / L). Concentration.
非水電解質はまた、ガス発生剤を含み得る。ここでガス発生剤とは、非水電解質中に溶解または分散し得る化合物であり、電池が過充電状態になったときに反応し、非水電解質に含まれる非水溶媒の分解より先にガスを発生する化合物をいう。なかでも水素ガスを発生するガス発生剤が好ましい。 The non-aqueous electrolyte can also include a gas generant. Here, the gas generating agent is a compound that can be dissolved or dispersed in the non-aqueous electrolyte, reacts when the battery is overcharged, and gasses before the decomposition of the non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte. Refers to a compound that generates Among these, a gas generating agent that generates hydrogen gas is preferable.
ガス発生剤は、電池の稼働電圧では酸化されないが、過充電状態になったときに非水電解質の非水溶媒の酸化分解よりも先に反応(酸化)する。したがって、ガス発生剤の酸化電位(酸化開始電位)は、稼働電圧の最大値に対応した正極の上限電位より高い。また、非水電解質の非水溶媒の酸化電位(酸化開始電位)より低い。上記の観点から、ガス発生剤の酸化電位(vsLi/Li+)は、正極の上限電位(vsLi/Li+)より0.1V以上(例えば0.2V以上、典型的には0.3V以上)高いことが好ましい。また、非水溶媒の酸化電位(vsLi/Li+)より0.1V以上(例えば0.2V以上、典型的には0.3V以上)低いことが好ましい。例えば、正極の上限電位が4.2V以下(典型的には4.0V〜4.2V)の二次電池の場合、ガス発生剤の酸化電位の好適な範囲は、4.3V以上(例えば4.4V以上、典型的には4.5V以上)であり、また5.0V以下(例えば4.9V以下、典型的には4.8V以下)である。 Although the gas generating agent is not oxidized at the operating voltage of the battery, it reacts (oxidizes) prior to the oxidative decomposition of the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte when the battery is overcharged. Therefore, the oxidation potential (oxidation start potential) of the gas generating agent is higher than the upper limit potential of the positive electrode corresponding to the maximum operating voltage. Moreover, it is lower than the oxidation potential (oxidation start potential) of the nonaqueous solvent of the nonaqueous electrolyte. From the above viewpoint, the oxidation potential (vsLi / Li + ) of the gas generating agent is 0.1 V or higher (for example, 0.2 V or higher, typically 0.3 V or higher) from the upper limit potential (vsLi / Li + ) of the positive electrode. High is preferred. Moreover, it is preferable that it is 0.1 V or more (for example, 0.2 V or more, typically 0.3 V or more) lower than the oxidation potential (vsLi / Li + ) of the nonaqueous solvent. For example, in the case of a secondary battery in which the upper limit potential of the positive electrode is 4.2 V or less (typically 4.0 V to 4.2 V), the preferable range of the oxidation potential of the gas generating agent is 4.3 V or more (for example, 4 0.4V or more, typically 4.5V or more) and 5.0V or less (for example, 4.9V or less, typically 4.8V or less).
ガス発生剤の好適例としては、例えばアルキルベンゼン類、シクロアルキルベンゼン類、ビフェニル類、ターフェニル類、ジフェニルエーテル類、ジベンゾフラン類が挙げられる。アルキルベンゼン類としては、例えば、炭素数3〜5のアルキル基を有するアルキルベンゼンが挙げられる。上記アルキル基は、ガス発生剤(典型的にはアルキルベンゼン類を含むガス発生剤)の重合に際して、重合の障害とならない構造を有するものであり、重合する他方のアルキルベンゼンのベンゼン環と共役し得る構造を有することが好ましい。また、上記アルキル基は分岐状であることが好ましい。アルキルベンゼン類の具体例としては、例えばクメン、ジイソプロピルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、sec−ジブチルベンゼン、sec−アミルベンゼン等のアルキルベンゼンが挙げられる。シクロアルキルベンゼン類としては、例えば、シクロヘキシルベンゼン(CHB)や、該シクロヘキシルベンゼンを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも1個が、ガス発生剤化合物の重合の障害とならない基(置換基)に置換されているシクロヘキシルベンゼン誘導体が挙げられる。シクロアルキルベンゼン類の具体例としては、CHBのほか、例えばイソプロピルシクロヘキシルベンゼン等のアルキル化シクロアルキルベンゼンが挙げられる。ビフェニル類としては、ビフェニル(BP)や、BPを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも1個が、ガス発生剤化合物の重合の障害とならない基に置換されているビフェニル誘導体が挙げられる。ビフェニル類の具体例としては、BPの他、イソプロピルビフェニル、sec−ブチルビフェニル等のアルキルビフェニルが挙げられる。ターフェニル類、ジフェニルエーテル類、ジベンゾフラン類としては、ターフェニル、ジフェニルエーテル、ジベンゾフランや、それらを構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも1個が、ガス発生剤化合物の重合の障害とならない基に置換されている各誘導体(ターフェニル誘導体、ジフェニルエーテル誘導体、ジベンゾフラン誘導体)が挙げられる。ターフェニルは、その一部に水素原子が付加したターフェニルの部分水素化物であってもよい。上述のガス発生剤は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、アルキルベンゼン類、シクロアルキルベンゼン類、ビフェニル類、ジフェニルエーテル類が好ましく、シクロアルキルベンゼン類(典型的にはCHB)、ビフェニル類(典型的にはBP)がさらに好ましく、シクロアルキルベンゼン類(典型的にはCHB)、ビフェニル類(典型的にはBP)の併用が特に好ましい。ガス発生剤の使用量(添加量)は、非水電解質中に凡そ0.1質量%〜10質量%(例えば0.5質量%〜7質量%、典型的には1質量%〜5質量%)とすることが好ましい。 Preferable examples of the gas generating agent include alkylbenzenes, cycloalkylbenzenes, biphenyls, terphenyls, diphenyl ethers, and dibenzofurans. Examples of the alkylbenzenes include alkylbenzenes having an alkyl group having 3 to 5 carbon atoms. The alkyl group has a structure that does not hinder polymerization during the polymerization of a gas generant (typically a gas generant containing an alkylbenzene), and can be conjugated with the benzene ring of the other alkylbenzene to be polymerized. It is preferable to have. The alkyl group is preferably branched. Specific examples of the alkylbenzenes include alkylbenzenes such as cumene, diisopropylbenzene, sec-butylbenzene, sec-dibutylbenzene, sec-amylbenzene and the like. Examples of the cycloalkylbenzenes include cyclohexylbenzene (CHB) and a group (substituent) in which at least one of hydrogen atoms bonded to carbon atoms constituting the cyclohexylbenzene does not hinder the polymerization of the gas generant compound. Examples include substituted cyclohexylbenzene derivatives. Specific examples of cycloalkylbenzenes include, in addition to CHB, alkylated cycloalkylbenzenes such as isopropylcyclohexylbenzene. Examples of biphenyls include biphenyl (BP) and biphenyl derivatives in which at least one hydrogen atom bonded to the carbon atom constituting BP is substituted with a group that does not hinder the polymerization of the gas generant compound. Specific examples of biphenyls include BP and alkyl biphenyls such as isopropyl biphenyl and sec-butyl biphenyl. As terphenyls, diphenyl ethers and dibenzofurans, terphenyl, diphenyl ether, dibenzofuran and at least one hydrogen atom bonded to the carbon atoms constituting them are substituted with groups that do not hinder the polymerization of the gas generant compound. Each derivative (terphenyl derivative, diphenyl ether derivative, dibenzofuran derivative). Terphenyl may be a partial hydride of terphenyl in which a hydrogen atom is added to a part thereof. The above gas generating agents can be used alone or in combination of two or more. Among them, alkylbenzenes, cycloalkylbenzenes, biphenyls, and diphenyl ethers are preferable, cycloalkylbenzenes (typically CHB), biphenyls (typically BP) are more preferable, and cycloalkylbenzenes (typically The combined use of CHB) and biphenyls (typically BP) is particularly preferred. The amount (addition amount) of the gas generating agent is about 0.1 to 10% by mass (for example, 0.5 to 7% by mass, typically 1 to 5% by mass) in the non-aqueous electrolyte. ) Is preferable.
捲回電極体の大きさは特に限定されない。しかし、捲回電極体が大きいほどその捲回中心側の放熱性は低下し、過充電状態になったときに高温状態になる傾向がある。高温状態で促進されやすいガス発生剤のシャトル反応をより効果的に抑制するため、捲回厚が10mm以上(例えば15mm以上、典型的には20mm以上)の捲回電極体に本発明の構成を適用することが好ましい。また、同様の理由で、電池サイズ(典型的には電池容量)が大きいほどガス発生剤のシャトル反応に起因するガス発生量の減少が懸念される。これをより効果的に回避するため、定格容量(設計容量)が5Ah以上(例えば10Ah以上、典型的には20Ah以上)の二次電池に本発明の構成を適用することが好ましい。 The size of the wound electrode body is not particularly limited. However, the larger the wound electrode body, the lower the heat dissipating property at the center of the wound, and there is a tendency to become a high temperature state when overcharged. In order to more effectively suppress the shuttle reaction of the gas generating agent that is easily promoted in a high temperature state, the configuration of the present invention is applied to a wound electrode body having a wound thickness of 10 mm or more (for example, 15 mm or more, typically 20 mm or more). It is preferable to apply. For the same reason, as the battery size (typically battery capacity) is larger, there is a concern that the amount of gas generated due to the shuttle reaction of the gas generating agent is reduced. In order to avoid this more effectively, the configuration of the present invention is preferably applied to a secondary battery having a rated capacity (design capacity) of 5 Ah or more (for example, 10 Ah or more, typically 20 Ah or more).
このような構成を有するリチウム二次電池は、上述のように、過充電状態におけるCIDの作動精度が向上し、かつ電池特性の低下が抑制されている。そのため、各種用途向けの二次電池として利用可能である。また、その効果は、捲回電極体の捲回中心近傍が高温になりやすい大型の二次電池において好適に発揮され得る。そのような理由から、例えば図7に示すように、リチウム二次電池100は、自動車等の車両1に搭載され、車両1を駆動するモータ等の駆動源用の電源として好適に利用され得る。したがって、本発明は、上記リチウム二次電池(典型的には複数直列接続してなる組電池)100を電源として備える車両(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)1を提供することができる。
As described above, the lithium secondary battery having such a configuration has improved CID operating accuracy in an overcharged state and suppressed deterioration of battery characteristics. Therefore, it can be used as a secondary battery for various applications. Moreover, the effect can be suitably exhibited in a large-sized secondary battery in which the vicinity of the winding center of the wound electrode body is likely to become high temperature. For this reason, for example, as shown in FIG. 7, the lithium
次に、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「%」は、特に断りがない限り質量基準である。 Next, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples. In the following description, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
<原理検証試験>
[正極シートの作製]
Ni:Co:Mn:Zrのモル比が33:33:33:0.5となるように正極活物質の前駆体となる遷移金属(Me)水酸化物を作製した。このMe水酸化物とLi2CO3とを混合し、900℃で48時間焼成することによって正極活物質を作製した。この正極活物質のLi/Meのモル比は、ICP(Inductive Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)分析の結果、1.05であった。このようにして得た正極活物質とアセチレンブラック(AB)とポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、これらの材料の質量比が91:6:3となるようにNMPで混合して、ペースト状の正極合材層形成用組成物を調製した。この組成物をアルミニウム箔(正極集電体:厚さ15μm)の両面に合計塗付量が30mg/cm2(固形分基準)となるように均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによってシート状の正極(正極シート)を作製した。正極合材層の密度は2.8g/cm3であった。
<Principle verification test>
[Preparation of positive electrode sheet]
A transition metal (Me) hydroxide serving as a precursor of the positive electrode active material was prepared so that the molar ratio of Ni: Co: Mn: Zr was 33: 33: 33: 0.5. The Me hydroxide and Li 2 CO 3 were mixed and baked at 900 ° C. for 48 hours to prepare a positive electrode active material. The Li / Me molar ratio of this positive electrode active material was 1.05 as a result of ICP (Inductive Coupled Plasma) analysis. The positive electrode active material thus obtained, acetylene black (AB) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were mixed with NMP so that the mass ratio of these materials was 91: 6: 3, A composition for forming a positive electrode mixture layer was prepared. By applying this composition uniformly on both sides of an aluminum foil (positive electrode current collector:
[負極シートの作製]
グラファイト粉末とスチレン−ブタジエン共重合体(SBR)とカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、これらの材料の質量比が98:1:1となるようにイオン交換水で混合して、ペースト状の負極合材層形成用組成物を調製した。この組成物を、塗付量が17mg/cm2(固形分基準)となるように銅箔(厚さ14μm)に均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによって、シート状の負極(負極シート)を作製した。負極合材層の密度は1.4g/cm3であった。
[Preparation of negative electrode sheet]
Graphite powder, styrene-butadiene copolymer (SBR) and carboxymethylcellulose (CMC) are mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio of these materials is 98: 1: 1, and the paste-like negative electrode composite is mixed. A material layer forming composition was prepared. The composition was uniformly applied to a copper foil (thickness: 14 μm) so that the application amount was 17 mg / cm 2 (solid content basis), dried and then compressed, whereby a sheet-like negative electrode (negative electrode) Sheet). The density of the negative electrode mixture layer was 1.4 g / cm 3 .
[リチウム二次電池の構築]
上記のようにして作製した正極シートと負極シートとを、それぞれ4.4cm角となり、かつタブを有するように切断し、タブ部の合材層を剥がしとって、シール付きリードを取り付けた。正極シート1枚に対し、セパレータシートを介して2枚の負極シートを重ね合わせて電極体を作製した。この電極体は、正極シートと負極シートとの間にセパレータシートが1枚配置されている。セパレータシートとしては、ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP)からなる3層構造のセパレータシート(厚さ:24μm、多孔度:42%)を用いた。この電極体をアルミラミネートフィルム製の袋に収容し、非水電解液を袋内に注入した。非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との3:4:3(体積比)混合溶媒に、支持塩として約1mol/LのLiPF6を溶解し、さらにシクロヘキシルベンゼン(CHB)2%とビフェニル(BP)2%を含有させた電解液を用いた。袋内を真空にひきながらアルミラミネートフィルムとリードに取り付けられたシール部とを熱溶着した。さらに2枚のガラス板とクリップを用いて挟み込み、合材層部分を拘束した状態のラミネート電池Aを作製した。
[Construction of lithium secondary battery]
The positive electrode sheet and the negative electrode sheet produced as described above were each cut to have a square size of 4.4 cm and having a tab, and the composite material layer of the tab portion was peeled off, and a lead with a seal was attached. An electrode body was produced by superimposing two negative electrode sheets on one positive electrode sheet via a separator sheet. In this electrode body, one separator sheet is disposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet. As the separator sheet, a three-layer separator sheet (thickness: 24 μm, porosity: 42%) made of polypropylene (PP) / polyethylene (PE) / polypropylene (PP) was used. This electrode body was accommodated in a bag made of an aluminum laminate film, and a non-aqueous electrolyte was poured into the bag. As the non-aqueous electrolyte, a 3: 4: 3 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) was used, and about 1 mol / L LiPF 6 as a supporting salt. Then, an electrolytic solution containing 2% cyclohexylbenzene (CHB) and 2% biphenyl (BP) was used. While the bag was evacuated, the aluminum laminate film and the seal portion attached to the lead were heat welded. Furthermore, the laminated battery A in the state which restrained the compound-material layer part between 2 glass plates and a clip was produced.
また、正極シートと負極シートとの間のセパレータシートを2枚とし、それら2枚を重ね合わせて用いた他はラミネート電池Aと同様にして、ラミネート電池Bを作製した。 Further, a laminated battery B was produced in the same manner as the laminated battery A, except that two separator sheets were provided between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and the two sheets were overlapped and used.
[ガス発生量測定]
作製したラミネート電池A,Bにつき、25℃の環境下にて1Cレートで4.1Vまで充電し、4.1Vになった時点で定電圧(CV)充電を電流が0.1Cになるまで行った。そして1Cレートで3Vまで放電した。この充放電を3回繰り返した後、次に述べる過充電試験を行った。まず、SOC(State of Charge)100%でガラス板を外し、水で満たしたビーカーに水没させ、その重量(A0)を測定した。このとき、電池がビーカーに触れないようにピンセットで調整した。電池をビーカーから取り出し、再度ガラス板で挟み込んだ後、25℃の環境下と60℃の環境下で、それぞれ1CレートでSOCが160%になるまで過充電を行った。なお、SOC100%とは、1Cレートで4.1Vまで充電し、4.1Vになった時点でCV充電を電流が0.1Cになるまで行った状態とし、SOC0%は1Cで3Vまで放電した状態と定義した。SOC160%でガラス板を外し、水を満たしたビーカーに水没させ、この重量(A1)を測定した。このとき、上記と同様、電池がビーカーに触れないようにピンセットで調整した。A1−A0をガス発生で増加した体積とし、これを電池容量で除すことで、25℃と60℃の各温度条件における過充電時のガス発生量(cc/Ah)を求めた。結果を表1に示す。
[Gas generation measurement]
The manufactured laminated batteries A and B are charged to 4.1 V at a 1 C rate in an environment of 25 ° C., and when the voltage reaches 4.1 V, constant voltage (CV) charging is performed until the current reaches 0.1 C. It was. And it discharged to 3V at 1C rate. After this charge / discharge was repeated three times, an overcharge test described below was performed. First, the glass plate was removed with SOC (State of Charge) 100%, submerged in a beaker filled with water, and the weight (A0) was measured. At this time, it adjusted with tweezers so that a battery might not touch a beaker. The battery was taken out of the beaker and sandwiched again with a glass plate, and then overcharged in an environment of 25 ° C. and an environment of 60 ° C. until the SOC became 160% at a 1C rate. Note that
表1に示されるように、25℃環境下でのガス発生量については、極間距離による違いは認められなかった。しかし60℃環境下では、ラミネート電池Aのガス発生量が顕著に低下した。これは、高温環境下においてガス発生剤のシャトル反応が促進され、ガス発生量が減少したためと考えられる。一方、極間距離の大きいラミネート電池Bでは、60℃環境下でのガス発生量はむしろ増大した。この結果から、極間距離を大きくすることで、高温条件下におけるガス発生剤のシャトル反応が効果的に抑制され、ガス発生量が増大したと考えられる。 As shown in Table 1, no difference due to the distance between the electrodes was observed for the amount of gas generated in the 25 ° C. environment. However, in an environment of 60 ° C., the gas generation amount of the laminated battery A was significantly reduced. This is probably because the shuttle reaction of the gas generating agent was promoted in a high temperature environment, and the gas generation amount was reduced. On the other hand, in the laminated battery B having a large inter-electrode distance, the amount of gas generated in a 60 ° C. environment was rather increased. From this result, it is considered that by increasing the distance between the electrodes, the shuttle reaction of the gas generating agent under high temperature conditions is effectively suppressed, and the amount of gas generation is increased.
<例1>
上記原理検証試験と同様にしてペースト状の正極合材層形成用組成物を調製した。この組成物を長尺状のアルミニウム箔(正極集電体:厚さ15μm)の両面に合計塗付量が30mg/cm2(固形分基準)となるように均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによってシート状の正極(正極シート)を作製した。正極合材層の密度は2.8g/cm3であった。また、上記原理検証試験と同様にしてペースト状の負極合材層形成用組成物を調製した。この組成物を長尺状の銅箔(厚さ14μm)の両面に片面当たりの塗付量が17mg/cm2(固形分基準)となるように均一に塗付し、乾燥後、圧縮することによって、シート状の負極(負極シート)を作製した。負極合材層の密度は1.4g/cm3であった。
<Example 1>
A paste-like composition for forming a positive electrode mixture layer was prepared in the same manner as in the principle verification test. This composition was uniformly applied to both sides of a long aluminum foil (positive electrode current collector:
作製した正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して積層して捲回し、その捲回体を側面方向から押圧して拉げさせることにより扁平形状の捲回電極体を作製した。具体的には、正負極間に配置するセパレータシートとして、長さの異なる2枚の長尺状セパレータシートを用意した。このセパレータシートはいずれも、PP/PE/PPからなる3層構造のシート(厚さ:24μm、多孔度:42%)である。上記2枚のセパレータシートのうちの一方のセパレータシート(以下、第1セパレータともいう。)を、図3に模式的に示すような捲回電極体80の断面における領域Aから領域Bに亘るように捲回方向の全体に配置した。また、第1セパレータより短い他方のセパレータシート(以下、第2セパレータともいう。)を上記領域Aに配置した。この第2セパレータは上記領域Bには配置されていない。これら正極シート、負極シート、第1セパレータおよび第2セパレータを捲回した後、側面方向からプレスすることで、図3に示すような断面において、捲回中心側の領域Aと捲回外側の領域Bとを有し、領域Aの極間距離DAと領域Bの極間距離DBとがDA>DBの関係を満たす扁平形状の捲回電極体80を作製した。領域Aの厚さTAは1mmであり、捲回電極体80の捲回厚TTは30mmであり、捲回電極体80の捲回厚TTに対する領域Aの厚さTAの比(TA/TT)は3.3%であった。
The produced positive electrode sheet and the negative electrode sheet were laminated and wound via a separator sheet, and the wound body was pressed from the side surface direction and ablated to produce a flat wound electrode body. Specifically, two long separator sheets having different lengths were prepared as separator sheets disposed between the positive and negative electrodes. Each of the separator sheets is a three-layer structure sheet (thickness: 24 μm, porosity: 42%) made of PP / PE / PP. One of the two separator sheets (hereinafter also referred to as a first separator) extends from region A to region B in the cross section of the
この捲回電極体の正負の電極集電体の端部にそれぞれ電極端子を溶接し、角型のアルミケースに収容し、レーザーで封缶した。その後、アルミケース内部を真空にひきながら非水電解液を注液口から注入した。注液口を封止することにより、例1に係る角型リチウム二次電池を作製した。非水電解液としては、ECとDMCとEMCとの3:4:3(体積比)混合溶媒に、支持塩として約1mol/LのLiPF6を溶解し、CHB2%とBP2%を含有させた電解液を用いた。 Electrode terminals were welded to the ends of the positive and negative electrode current collectors of the wound electrode body, accommodated in a square aluminum case, and sealed with a laser. Thereafter, the non-aqueous electrolyte was injected from the injection port while vacuuming the inside of the aluminum case. The prismatic lithium secondary battery according to Example 1 was produced by sealing the liquid injection port. As a non-aqueous electrolyte, about 1: 1 mol / L LiPF 6 was dissolved as a supporting salt in a 3: 4: 3 (volume ratio) mixed solvent of EC, DMC, and EMC to contain CHB 2% and BP 2%. An electrolytic solution was used.
<例2〜例7>
例1とは長さの異なる第2セパレータを用意し、領域Aの厚さTAが表2に示す厚さとなるようにした他は例1と同様にして例2〜例7に係るリチウム二次電池を作製した。表2には、捲回電極体の捲回厚TTに対する領域Aの厚さTAの比(TA/TT)も示す。
<Example 2 to Example 7>
Example 1 was prepared with different second separator lengths and lithium thickness T A of the area A according to Examples 2 to 7 In the same manner other than the example 1 was formed to be thick as shown in Table 2 two A secondary battery was produced. Table 2, the ratio of the thickness T A of the area A to the winding thickness T T of the wound electrode assembly (T A / T T) is also shown.
<例8>
第2セパレータを使用しなかった他は例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
<Example 8>
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the second separator was not used.
[電池抵抗測定]
作製した各電池に対し、25℃の環境下にて1Cレートで4.1Vまで充電し、4.1Vになった時点でCV充電を電流が0.1Cになるまで行った。その後、50℃の環境下で6日間エージングを行った。エージング後、25℃の環境下にて1Cで3Vまで放電し、1Cレートで4.1Vまで充電し、4.1Vになった時点でCV充電を電流が0.1Cになるまで行った。そして1Cで3Vまで放電した。この充放電を3回繰り返した後、電池抵抗の測定を行った。電池抵抗の測定は、25℃の環境下にてSOC60%に調整した後、30分放置した電圧をV0とし、4Cの放電レートで10秒放電し、そのときの到達電圧をV1とし、V0−V1から電池抵抗を求めた。得られた電池抵抗は例8の値を100として相対値で示す。値が小さいほど抵抗の小さい出力特性に優れた電池となる。結果を表2に示す。
[Battery resistance measurement]
Each manufactured battery was charged to 4.1 V at a 1 C rate in an environment of 25 ° C., and CV charging was performed until the current became 0.1 C when the voltage reached 4.1 V. Thereafter, aging was performed in an environment of 50 ° C. for 6 days. After aging, the battery was discharged to 1 V at 1 C in an environment of 25 ° C., charged to 4.1 V at a 1 C rate, and CV charging was performed until the current became 0.1 C when the voltage reached 4.1 V. And it discharged to 3V at 1C. After repeating this charging and discharging three times, the battery resistance was measured. The battery resistance was measured by adjusting the SOC to 60% in an environment of 25 ° C., then letting the voltage left for 30 minutes to be V0, discharging at a discharge rate of 4C for 10 seconds, and then the reached voltage to be V1, V0− The battery resistance was determined from V1. The obtained battery resistance is shown as a relative value with the value of Example 8 being 100. The smaller the value, the lower the resistance and the better the output characteristics of the battery. The results are shown in Table 2.
[ガス発生量測定]
電池抵抗を測定した後、25℃の環境下にて1Cレートで過充電試験を行った。過充電時のガス発生量は角型電池に取り付けた内圧センサに基づき算出した。結果を表2に示す。
[Gas generation measurement]
After measuring the battery resistance, an overcharge test was performed at a 1 C rate in an environment of 25 ° C. The amount of gas generated during overcharge was calculated based on an internal pressure sensor attached to the prismatic battery. The results are shown in Table 2.
表2に示されるように、捲回電極体の捲回中心側の極間距離を大きくした例1〜例7に係るリチウム二次電池は、極間距離が一定の例8よりも、ガス発生剤の使用量は同じであるにもかかわらずガス発生量が増大した。また、例1〜5と例6,7とを対比すると、捲回中心から離れた箇所で極間距離を大きくしてもガス発生量の増大効果は得られ難い傾向にあることがわかる。また、比(TA/TT)が5〜40%の範囲にある例2〜例6は、ガス発生量増大と電池抵抗の上昇抑制とを両立した。特に比(TA/TT)が10〜30%の範囲にある例3〜例5は、ガス発生量増大と電池抵抗の上昇抑制とを高度に両立した。これらの結果から、ガス発生量を減少させる一因と考えられるガス発生剤のシャトル反応は、高温状態の捲回中心側で頻発しており、捲回中心側の所定範囲における極間距離DAを大きくすることで捲回中心側における上記シャトル反応が効果的に抑制されたものと考えられる。 As shown in Table 2, the lithium secondary batteries according to Examples 1 to 7 in which the distance between the electrodes on the winding center side of the wound electrode body is larger than in Example 8 in which the distance between the electrodes is constant. Despite the same amount of agent used, gas generation increased. Further, when Examples 1 to 5 are compared with Examples 6 and 7, it can be seen that the effect of increasing the amount of gas generation tends not to be obtained even if the distance between the electrodes is increased at a location away from the winding center. Further, Examples 2 to 6 in which the ratio (T A / T T ) is in the range of 5 to 40% achieve both the increase in the amount of gas generation and the suppression of the increase in battery resistance. In particular, Examples 3 to 5 in which the ratio (T A / T T ) is in the range of 10 to 30% are highly compatible with an increase in the amount of gas generation and an increase in battery resistance. From these results, the shuttle reaction of the gas generating agent, which is considered to be a cause for reducing the gas generation amount, frequently occurs on the winding center side in the high temperature state, and the interelectrode distance D A in a predetermined range on the winding center side. It is considered that the shuttle reaction on the winding center side was effectively suppressed by increasing the value of.
<例9〜例11>
例1とは異なる長さを有する電極体構成部材(正極シート、負極シート、第1セパレータおよび第2セパレータ)を用意し、捲回電極体の捲回厚TTを30mmから表3に示す厚さ(mm)に変更し、第2セパレータが配置された領域Aの捲回厚TAを表3に示す厚さ(mm)に変更した他は例4と同様にして例9〜例11に係るリチウム二次電池を作製した。得られた各例の電池につき、例1と同様にしてガス発生量の測定を行った。結果を表3に示す。表3には、各例に係る捲回電極体の比(TA/TT)(%)も示す。
<Example 9 to Example 11>
Example 1 was prepared the electrode-constituting member having a different length (positive electrode sheet, negative electrode sheet, a first separator and the second separator) and thickness shown in Table 3 the winding thickness T T of the wound electrode assembly from 30mm is changed to (mm), example 9 to example 11 in the same manner as other examples 4 was changed to a thickness shown in Table 3 (mm) of the winding thickness T a of the region a in which the second separator disposed Such a lithium secondary battery was produced. The amount of gas generated was measured in the same manner as in Example 1 for each battery obtained. The results are shown in Table 3. Table 3 also shows the ratio (T A / T T ) (%) of the wound electrode body according to each example.
<例12〜例14>
例8とは異なる長さを有する電極体構成部材(正極シート、負極シートおよび第1セパレータ)を用意し、捲回電極体の捲回厚TTを30mmから表3に示す厚さ(mm)に変更した他は例8と同様にして例12〜例14に係るリチウム二次電池を作製した。得られた各例の電池につき、例1と同様にしてガス発生量の測定を行った。結果を表3に示す。
<Example 12 to Example 14>
Electrode-constituting member having a different length to Example 8 (positive electrode sheet, negative electrode sheet and the first separator) was prepared, thickness showing a winding thickness T T of the wound electrode assembly from 30mm in Table 3 (mm) A lithium secondary battery according to Examples 12 to 14 was produced in the same manner as Example 8 except that the lithium secondary battery was changed to. The amount of gas generated was measured in the same manner as in Example 1 for each battery obtained. The results are shown in Table 3.
例9と例12、例10と例13、例11と例14は、それぞれ捲回電極体のサイズが同じであり、捲回厚も同じである。これらをそれぞれ対比すると、表3に示されるように、捲回電極体の捲回厚が大きくなるほど、極間距離DAを大きくすることによるガス発生量増大効果が大きくなる傾向にあることがわかる。これは、捲回電極体の捲回厚が大きくなるほど捲回中心側の放熱性が低下して過充電時に高温状態となり、ガス発生剤のシャトル反応が起こりやすいことから、捲回中心側の極間距離DAを大きくすることによる効果、すなわちガス発生剤のシャトル反応を抑制する効果が顕著に現れたためと考えられる。 Example 9 and Example 12, Example 10 and Example 13, Example 11 and Example 14 have the same wound electrode body size and the same wound thickness. In comparison of these, respectively, as shown in Table 3, the greater the thickness wound of the wound electrode body, it can be seen that there is a tendency that the gas generation amount increases effect of increasing the inter-electrode distance D A increases . This is because, as the winding thickness of the wound electrode body increases, the heat dissipation on the winding center side decreases and the temperature rises during overcharging, and the shuttle reaction of the gas generating agent easily occurs. effect of increasing the between distance D a, that is, the effect of suppressing the shuttle reaction of the gas generating agent be because appeared prominently.
<例15および例16>
第2セパレータを、表4に示す多孔度を有するセパレータに変更した他は例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。得られた各例の電池につき、例1と同様にして電池抵抗とガス発生量の測定を行った。結果を表4に示す。
<Example 15 and Example 16>
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the second separator was changed to a separator having the porosity shown in Table 4. The battery resistance and gas generation amount were measured in the same manner as in Example 1 for each battery obtained. The results are shown in Table 4.
表4に示されるように、第2セパレータの多孔度が大きいほど電池抵抗の上昇を抑制できることがわかる。また、多孔度を大きくしてもガス発生量が低下する等のデメリットは認められなかった。この結果から、ガス発生剤のシャトル反応は、セパレータの多孔度等の他の条件よりも極間距離に大きく依存することが推察される。 As shown in Table 4, it can be seen that the increase in battery resistance can be suppressed as the porosity of the second separator increases. Moreover, even if the porosity was increased, no demerits such as a decrease in gas generation amount were observed. From this result, it is inferred that the shuttle reaction of the gas generating agent is more dependent on the distance between the electrodes than other conditions such as the porosity of the separator.
<例17>
非水電解液中のガス発生剤をCHB2%およびBP2%からBP4%に変更した他は例4と同様にしてリチウム二次電池を作製した。得られた電池につき、例1と同様にして電池抵抗とガス発生量の測定を行った。結果を表5に示す。表5には、TA(mm)、比(TA/TT)(%)も示す。
<Example 17>
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 4 except that the gas generating agent in the non-aqueous electrolyte was changed from CHB 2% and BP 2% to BP 4%. With respect to the obtained battery, the battery resistance and the amount of gas generated were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5. Table 5 also shows T A (mm) and the ratio (T A / T T ) (%).
<例18>
非水電解液中のガス発生剤をCHB2%およびBP2%からBP4%に変更した他は例8と同様にしてリチウム二次電池を作製した。得られた電池につき、例1と同様にして電池抵抗とガス発生量の測定を行った。結果を表5に示す。
<Example 18>
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 8, except that the gas generating agent in the non-aqueous electrolyte was changed from CHB 2% and BP 2% to BP 4%. With respect to the obtained battery, the battery resistance and the amount of gas generated were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5.
表5に示されるように、ガス発生剤の種類をBPのみに変更してもガス発生量は増大した。 As shown in Table 5, the amount of gas generated increased even if the type of gas generating agent was changed to only BP.
このように、本発明によると、過充電状態におけるガス発生量を増大させることができる。このガス発生量の増大により、過充電状態におけるCIDの作動精度を向上させることができる。それにもかかわらず、電池特性の低下(典型的には電池抵抗の上昇)は抑制されている。したがって、本発明によると、電池特性の低下を抑制しながら、過充電状態におけるCIDの作動精度を向上させることができる。 Thus, according to the present invention, the amount of gas generated in an overcharged state can be increased. Due to this increase in the amount of gas generated, the operating accuracy of the CID in the overcharged state can be improved. Nevertheless, a decrease in battery characteristics (typically an increase in battery resistance) is suppressed. Therefore, according to the present invention, the operation accuracy of the CID in the overcharged state can be improved while suppressing the deterioration of the battery characteristics.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The invention disclosed herein can include various modifications and alterations of the specific examples described above.
1 自動車(車両)
10 正極シート(正極)
12 正極集電体
14 正極合材層
15 正極集電体積層部
16 正極合材層非形成部
20 負極シート(負極)
22 負極集電体
24 負極合材層
25 負極集電体積層部
26 負極合材層非形成部
30 CID(電流遮断機構)
32 変形金属板
33 湾曲部分
34 接続金属板
35 集電リード端子
36 接合点
38 絶縁ケース
40A,40B セパレータ
41 第1セパレータ
42 第2セパレータ
50 電池ケース
52 ケース本体
54 蓋体
70 正極端子
72 負極端子
74 正極集電板
76 負極集電板
80 捲回電極体
90 非水電解液
100 リチウム二次電池
A 領域A
B 領域B
DA 領域Aにおける極間距離
DB 領域Bにおける極間距離
TA 領域Aの厚さ
TT 捲回電極体の捲回厚
1 Automobile (vehicle)
10 Positive electrode sheet (positive electrode)
DESCRIPTION OF
22 Negative electrode
32
B area B
Winding thickness of the thickness T T wound electrode assembly of the inter-electrode distance T A region A in inter-electrode distance D B region B in D A region A
Claims (9)
前記捲回電極体は、捲回軸に直交する断面において、該捲回電極体の最内周部分を含む領域Aと、該領域Aより外方に位置する領域Bとを有しており、
前記領域Aにおける正負極間の極間距離DAと、前記領域Bにおける正負極間の極間距離DBとは、DA>DBの関係を満たす、非水電解質二次電池。 A wound electrode body formed by winding a positive electrode and a negative electrode, a non-aqueous electrolyte containing a gas generating agent, and a current interruption mechanism that operates when the internal pressure of the battery case increases,
The wound electrode body has a region A including the innermost peripheral portion of the wound electrode body and a region B located outside the region A in a cross section perpendicular to the winding axis.
And inter-electrode distance D A between the positive and negative electrodes in the region A, the inter-electrode distance D B between the positive and negative electrodes in the region B, D A> satisfy the relation of D B, a non-aqueous electrolyte secondary battery.
前記DA>DBの関係は、前記領域Aにおけるセパレータを少なくとも2重に配置することによって実現されている、請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode,
4. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the relationship of D A > D B is realized by arranging at least two separators in the region A. 5.
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