JP2014029823A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材料製の電池ケース内に電極体が収容された二次電池に関する。 The present invention relates to a secondary battery in which an electrode body is accommodated in a battery case made of a metal material.
電気を駆動源として利用する車両に搭載される電源、或いはパソコンや携帯端末その他の電気製品等に用いられる電源として二次電池の重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましい。 The importance of a secondary battery is increasing as a power source mounted on a vehicle using electricity as a driving source, or a power source used for a personal computer, a portable terminal, or other electrical products. In particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is preferable as a high-output power source mounted on a vehicle.
かかるリチウムイオン二次電池では、正極と負極との間に両電極間の短絡を防止するためにセパレータを介在させて捲回した捲回体を電池ケース内に収容している。かかるセパレータとしてはポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)等からなるシートが用いられている。 In such a lithium ion secondary battery, a wound body that is wound with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit between the two electrodes is accommodated in the battery case. As such a separator, a sheet made of polypropylene (PP), polyethylene (PE) or the like is used.
上記PPやPEからなるセパレータは、セパレータの材料の溶融温度に達するとセパレータが溶融してリチウムイオン二次電池をシャットダウンする機能を有している。しかし、リチウムイオン二次電池を製造する過程で発生する熱がセパレータに伝わるとセパレータが溶融してしまい、電池性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
そこで、捲回体の外周に耐熱性の保護部材を設け、電池ケースに封口体をレーザ溶接する際に電池ケースが持つ熱によるセパレータの溶融を防止することが検討されている(例えば、特許文献1)。
The separator made of PP or PE has a function of shutting down the lithium ion secondary battery by melting the separator when the melting temperature of the separator material is reached. However, when heat generated in the process of manufacturing a lithium ion secondary battery is transmitted to the separator, the separator is melted, which may adversely affect battery performance.
Therefore, it has been studied to provide a heat-resistant protective member on the outer periphery of the winding body to prevent the separator from being melted by the heat of the battery case when the sealing body is laser welded to the battery case (for example, Patent Documents). 1).
また、箔ないし板を介して、電極の電極合材の未塗布部と集電円盤とを溶接することにより、セパレータの溶融を防止することが検討されている(例えば、特許文献2)。 In addition, it has been studied to prevent melting of the separator by welding an uncoated portion of the electrode mixture of the electrode and the current collecting disk through a foil or a plate (for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に開示されたリチウムイオン二次電池は、レーザ溶接時に電池ケースと封口体との隙間からレーザ光が電池ケース内に入り込んでしまった場合には、レーザ光がセパレータを透過し、捲回体にある電極合材層に照射される。電極合材層が炭素系材料を有している場合には、電極合材層がレーザ光を吸収して発熱し、セパレータを溶融させてしまう場合がある。
However, in the lithium ion secondary battery disclosed in
また、特許文献2に開示されたリチウムイオン二次電池では、捲回体の軸方向端部側に電池ケースの開口がある。そのため、捲回体の屈曲部側に電池ケースの開口部がある場合には対応できない。
Moreover, in the lithium ion secondary battery disclosed in
請求項1記載の発明は、正極合材層を有する正極と、負極合材層を有する負極とをセパレータを介して積層された電極体と、前記電極体を収容し、かつ、開口部を有する電池ケースと、前記電池ケースに溶接されて前記電池ケースを封口する封口体と、を有する二次電池において、前記正極合材層と前記負極合材層の少なくとも一方は炭素系粒子を有し、前記封口体と前記電池ケースとの境目と、前記正極合材層と前記負極合材層のうち、前記炭素系粒子を有する前記正極合材層又は前記負極合材層と、の間に反射部材を有し、
前記反射部材及び前記セパレータの可視光の同一波長に対する透過率をそれぞれ透過率A及び透過率Bとした場合に、関係式(a):A×B<20(%)を満たす、二次電池である。
The invention according to
A secondary battery that satisfies the relational expression (a): A × B <20 (%) when the transmittance of the reflective member and the separator with respect to the same wavelength of visible light is transmittance A and transmittance B, respectively. is there.
請求項1記載の発明によれば、封口体を電池ケースに溶接した際にレーザ光が電池ケース内に入り込んだとしても、反射部材の透過率Aとセパレータの透過率Bとを乗算した値が、当該レーザ光の正極合材層又は負極合材層への照射を抑える値となっているため、正極合材層又は負極合材層は発熱しない。そのため、正極合材層又は負極合材層がセパレータに熱を加えることがないため、レーザ光によるセパレータの溶融を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, even when the laser beam enters the battery case when the sealing body is welded to the battery case, a value obtained by multiplying the transmittance A of the reflecting member and the transmittance B of the separator is obtained. In addition, since it is a value that suppresses irradiation of the laser beam to the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer, the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer does not generate heat. Therefore, since the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer does not apply heat to the separator, melting of the separator by laser light can be suppressed.
また、請求項2記載の発明は、前記電極体は、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して捲回及び扁平されてなる、平面部と、屈曲部とを有する捲回体であり、前記捲回体において、前記平面部の最外周面が前記電池ケースの内壁に沿い、かつ、前記屈曲部の一方は前記電池ケースの開口部側に向かい、前記屈曲部の他方は前記電池ケースの底面に向かって配置されており、前記電池ケースの開口部側に向かって配置された前記屈曲部は、最外層に前記セパレータを有しており、前記反射部材は、シート状の部材であり、少なくとも前記屈曲部の前記正極合材層、または前記屈曲部の前記負極合材層を、前記捲回体の軸方向及び前記捲回体の周方向に沿って覆っている、請求項1記載の二次電池である。
The invention according to
請求項2記載の発明によれば、レーザ光を遮蔽すべき遮蔽範囲が広くなるように電極体が配置された場合でも、正極合材層又は負極合材層へのレーザ光の照射を防ぐことができる。また、封口体を電池ケースに溶接した際にレーザ光が電池ケース内に入り込んだとしても、反射部材がレーザ光の多くを反射するため、より効果的にレーザ光の正極合材層又は負極合材層への照射を抑えることができる。従って、セパレータの溶融を抑制することができる。
According to invention of
請求項3記載の発明は、前記反射部材は、前記2つの平面部よりも前記封口体側に配置され、前記反射部材の前記捲回体の周方向に沿う両端が前記電池ケースの開口部側を向いて前記電池ケースの内壁に接触している請求項2記載の二次電池である。
According to a third aspect of the present invention, the reflecting member is disposed closer to the sealing body than the two flat portions, and both ends of the reflecting member along the circumferential direction of the winding body are located on the opening side of the battery case. The secondary battery according to
請求項3記載の発明によれば、捲回体の屈曲部の端部に反射部材を持たないため、電池ケースと捲回体との間に反射部材が入り込むことがない。そのため、反射部材は、電池ケースから捲回体への面圧に影響を与えることなく正極合材層又は負極合材層へのレーザ光の照射を反射することができる。従って、電池性能を維持しつつ、かつ、セパレータの溶融を抑制することができる。 According to the invention described in claim 3, since the reflecting member is not provided at the end of the bent portion of the wound body, the reflecting member does not enter between the battery case and the wound body. Therefore, the reflecting member can reflect the irradiation of the laser beam to the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer without affecting the surface pressure from the battery case to the wound body. Therefore, melting of the separator can be suppressed while maintaining battery performance.
請求項4記載の発明は、前記捲回体と前記電池ケースとを絶縁する絶縁フィルムを有し、当該絶縁フィルムが前記反射部材である請求項2記載の二次電池である。
Invention of Claim 4 has an insulating film which insulates the said winding body and the said battery case, The said insulating film is a secondary battery of
請求項4記載の発明によれば、絶縁フィルムを反射部材として兼用することができ、簡素な構成でセパレータの溶融を抑制することができる。 According to the invention of claim 4, the insulating film can be used as a reflecting member, and the separator can be prevented from melting with a simple configuration.
また、請求項5記載の発明は、前記反射部材は、粘着層を有し、前記粘着層は、前記捲回体の前記開口部側に配置された前記屈曲部に粘着され、前記捲回体を捲き止めしている請求項2乃至3の何れか一項に記載の二次電池である。
According to a fifth aspect of the present invention, the reflecting member has an adhesive layer, and the adhesive layer is adhered to the bent portion disposed on the opening side of the wound body, and the wound body The secondary battery according to any one of
請求項5記載の発明によれば、電極体を捲回した捲回体の捲き止めテープを反射部材として機能させることができる。従って、新たな部材を設けることなく封口体を電池ケースに溶接した際のセパレータの溶融を抑制することができる。 According to the fifth aspect of the invention, the winding tape of the wound body obtained by winding the electrode body can function as the reflecting member. Therefore, melting of the separator can be suppressed when the sealing body is welded to the battery case without providing a new member.
本発明によれば、溶接時に電池ケース内にレーザ光が入り込んだとしてもセパレータの溶融を抑制することができる二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a secondary battery that can suppress melting of the separator even if laser light enters the battery case during welding.
次に実施の形態について図面を用いて説明する。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings.
第1の実施の形態
図1は、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池1を模式的に示す斜視図である。図2は、図1中のI方向から電池ケース10の内部を見た図である。更に図3は図2のA−A矢視断面の模式図であり、電池ケース10に捲回体2が収容された状態を示す図である。そして、図4は、捲回体2の斜視図を示し、図5は、電池ケースに収容された捲回体2の断面を詳細に示す図である。
First Embodiment FIG. 1 is a perspective view schematically showing a lithium ion
第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池1は、電池容量が3A/hである大型のリチウムイオン二次電池である。また、図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、電池ケース10と封口体20とを備える。なお、電池ケース10と封口体20とは、金属製である。
この電池ケース10は、上端が開口されている。そして、電池ケース10の当該開口部を封口体20で塞ぎ、かつ、封口体2と電池ケース10とが溶接されている。
封口体20には、正極端子70aおよび負極端子70bが設けられている。正極端子70aは、捲回体2の長尺なシート状正極40と電気的に接続している。また、負極端子70bは、捲回体2の長尺なシート状負極30と電気的に接続している。
また、封口体20には、従来のリチウムイオン二次電池と同様に、安全弁21が設けられている。安全弁21は、電池異常の際に内部で発生したガスを電池ケース10の外部に排出する。
The lithium ion
The
The sealing
Moreover, the sealing
電池ケース10の内部には、図2に示すように、捲回体2と非水電解液が収容されている。捲回体2は、シート状正極40とシート状負極30とがセパレータ50を介して積層されてなる電極体である。また、捲回体2は、当該電極体が扁平形状に捲回された形状を有している。具体的には、当該電極体が捲回され、側面方向から押しつぶすことによって、扁平形状の捲回体2が製作されてもよい。
シート状正極40は、正極箔41の両面に、少なくとも正極活物質と導電材と結着剤とを溶媒に溶かしてなるペーストを塗布して乾燥させてなる正極合材層42を有する。また、シート状正極40の捲回方向に対する横方向の端部は、当該ペーストが塗布されていない。そして、捲回体2において、正極箔41は、捲回方向に対する横方向外側に向かってはみ出すように露出されている。
また、シート状負極30は、負極箔31の両面に、少なくとも負極活物質と導電材と結着剤とを溶媒に溶かしてなるペーストを塗布して乾燥させてなる負極合材層32を有する。また、シート状負極30の捲回方向に対する横方向の端部は、当該ペーストが塗布されていない。そして、捲回体2において、負極箔31は、捲回方向に対する横方向外側に向かってはみ出すように露出されている。
そして、正極箔41の当該露出部分と正極端子70aとを接合して、捲回体2の正極40と正極端子70aとを電気的に接続する。同様に、負極箔31の当該露出部分と負極端子70bとを接合して、捲回体2の負極30と負極端子70bとを電気的に接続する。
ここで、捲回体2の上部(電池ケース10の開口部側)には、下面(捲回体2側の面)に粘着層を有するシート状の反射部材60が粘着して配置されている。また、反射部材60とセパレータ50の可視光の同一波長に対する透過率をそれぞれ透過率A及び透過率Bとした場合に、関係式(a):A×B<20(%)を満たしていればよい。より好ましくは関係式(b):A×B<16(%)を満たしていればよい。
As shown in FIG. 2, the
The sheet-like
Further, the sheet-like
And the said exposed part of the
Here, on the upper part of the wound body 2 (opening side of the battery case 10), a sheet-like reflecting
また、図3に示すように、捲回体2は、捲回体2の上部(電池ケース10の開口部側)の屈曲部2aに捲回端部を有している。そして、捲回体2の上部(電池ケース10の開口部側)の屈曲部2aの負極合材層32を覆うように反射部材60が粘着されている。従って、反射部材60は捲回体2を捲き止めしている。
Further, as shown in FIG. 3, the
ここで、上記捲回体2において、正極40の露出された正極箔41と負極30の露出された負極箔31とがセパレータ50の幅方向(捲回方向に対する横方向)の両側からそれぞれはみ出すように、正極40と負極30とを幅方向にややずらして重ね合わせられている。そして、正極40と負極30とをセパレータ50を介して積層することにより、電極体が形成される。また、当該電極体が扁平形状に捲回されることにより捲回体2が形成される。そして、このように形成された捲回体2においては、図4に示すように、正極合材層42と負極合材層32とセパレータ50とが密に捲回された部分から外方に正極箔41および負極箔31がはみ出た構成となる。
Here, in the
また、図5に、電池ケース10に収容された上記捲回体2を詳細に示す。図5に示すように、正極40と負極30とをセパレータ50を介して積層して電極体を形成し、当該電極体を扁平形状に捲回して捲回体2が形成されている。正極40は、シート状の正極箔41の両面に正極合材層42を有する。また、負極30は、シート状の負極箔31の両面に負極合材層32を有する。
捲回体2は、屈曲部2aと、平面部2bとを有している。また、平面部2bの最外周は電池ケース10の内壁11に沿っている。また、屈曲部2aの一方が電池ケース10の開口部へ向かい、屈曲部2aの他方が電池ケース10の底面へ向かっている。
FIG. 5 shows the winding
The
本発明の第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池1によれば、レーザ光を遮蔽すべき遮蔽範囲が広くなるように電極体が配置された場合でも、正極合材層42又は負極合材層32へのレーザ光の照射を防ぐことができる。また、封口体20を電池ケース10に溶接した際にレーザ光が電池ケース10内に入り込んだとしても、反射部材60によりレーザ光が反射されるため、レーザ光の正極合材層42又は負極合材層32への照射が抑えられ、レーザ光によるセパレータ50の溶融を抑制することができる。
また、電極体を捲回した捲回体2の捲き止めテープを反射部材60として機能させることができる。従って、新たな部材を設けることなく封口体20を電池ケース10に溶接した際のセパレータ50の溶融を抑制することができる。
According to the lithium ion
Further, the winding tape of the
より具体的には、反射部材60の透過率Aとセパレータ50の透過率Bとを乗算した値が、レーザ光の正極合材層42又は負極合材層32への照射を抑える値となっている。そのため、正極合材層42又は負極合材層32は発熱しない。従って、正極合材層42又は負極合材層32がセパレータ50に熱を加えることがないため、レーザ光によるセパレータ50の溶融を抑制することができる。
More specifically, a value obtained by multiplying the transmittance A of the reflecting
なお、図5では、セパレータ50の端部が、電池ケース10の開口部側の屈曲部2aまで延出している例を示しているが、セパレータ50の端部の位置は、図5に示す位置に限定されるものではない。
また、反射部材60を捲き止めとして使用しない場合には、反射部材60と、セパレータ50の端部とは連続していなくてもよい。換言すれば、反射部材60と、セパレータ50の端部とは、接していなくてもよい。反射部材60とセパレータ50の端部とが連続しなくてよい場合、セパレータ50の端部を様々な要因に基づいて自由な位置とすることができる。例えば、セパレータ50の端部を電池ケース10の底面側に位置させたい場合、反射部材60を不要に延出させる必要がなくなる。
また、反射部材60は、セパレータ50とは異なる材質で形成されている。これにより、セパレータ50に必要な機能に最適な材質からセパレータ50を形成することができるとともに、反射部材60の反射機能に最適な材質から反射部材60を形成することができる。
また、セパレータ50が複数枚重なっているものが、正極40と負極30との間に設けられていてもよい。同様に、反射部材60が複数枚重なっているものが、捲回体2の電池ケース10の開口部側に設けられていてもよい。この場合、複数枚重なった反射部材60の透過率を透過率Aとし、複数枚重なったセパレータ50の透過率を透過率Bとし、関係式(a)又は(b)が満たされればよい。
5 shows an example in which the end of the
Further, when the reflecting
Further, the
In addition, a plurality of
第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池100は、図6に示すように、第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池1と同様に、電池ケース10の内部に電極対が収容されたリチウムイオン二次電池である。また、第2の実施の形態にかかる電極体は、第1の実施の形態と同様の捲回体2であり、反射部材61のみが第1の実施の形態と異なるため、同一の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
反射部材61は、封口体20と屈曲部2aとの間に配置されている。反射部材61の捲回体2の周方向に沿う両端が電池ケース10の開口部側を向いて電池ケース10の内壁11と接触している。
Second Embodiment As shown in FIG. 6, a lithium ion
The
第2の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池100によれば、反射部材60を捲回体2の屈曲部2aの端部に持たないため、電池ケース10と捲回体2との間に反射部材60が入り込むことがない。そのため、捲回体2の電池ケース10と接触する面は平面となり、電池ケース10からの圧力が部分的に変化することがない。つまり、捲回体2へ与える電池ケース10からの面圧を一定にすることができる。従って、一部の面圧を変化させて電池営農に悪影響を与えることなく、かつ、より確実に電池ケース10と封口体20との溶接時のセパレータ50の溶融を抑制することができる。
According to the lithium ion
第3の実施の形態
第3の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池200は、図7に示すように、絶縁フィルム62を有し、当該絶縁フィルム62が反射部材である点のみが、第1の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池1と異なる。そのため、同一の構成については同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
Third Embodiment A lithium ion
絶縁フィルム62は、捲回体2の全周を覆っている。これにより、絶縁フィルム62は、捲回体2と電池ケース10とを絶縁する。より具体的には、絶縁フィルム62は、絶縁素材からなるシート状の部材である。そして、電池ケース10内に、当該絶縁フィルム62を内壁11に沿うように挿入する。このとき、絶縁フィルム62の端部は、電池ケース10の開口部側に向いている。次いで、捲回体2を絶縁フィルム62の内側に挿入する。換言すれば、捲回体2と電池ケース10との間に絶縁フィルム62が挿入されている。そして、絶縁フィルム62の開口部側の端部同士を熱溶着する。これにより、絶縁フィルム62は、捲回体2の全周を覆う。
そして、当該絶縁フィルム62の少なくとも電池ケース10側の面は反射面となっている。これにより、絶縁フィルム62は反射部材として機能する。
The insulating
And at least the surface of the insulating
第3の実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池200によれば、絶縁フィルム62を反射部材として兼用することができ、簡素な構成でセパレータ50の溶融を抑制することができる。
According to the lithium ion
ここで、本発明の上記実施の形態に係るリチウムイオン二次電池1、100、200の正極40について説明する。本発明の上記実施の形態に係る正極40は、少なくとも正極活物質と導電材と結着剤とを溶媒に溶かしてなるペーストを正極箔41の両面に塗布して乾燥させてなる正極合材層42を有する部材である。
Here, the
上記実施の形態に係る正極40で用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な材料である。具体的には、当該正極活物質として、リチウム元素と一種又は二種以上の遷移金属元素を含むリチウム含有化合物(例えばリチウム遷移金属複合酸化物)が挙げられる。例えば、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLiCoO2)、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMnO4)、或いは、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)のような三元系リチウム含有複合酸化物が挙げられる。また、一般式がLiMPO4或いは、LiMVO4或いは、Li2MSiO4(式中のMはCo、Ni、Mn、Feの少なくとも一種以上の元素)等で表記されるようなポリアニオン系化合物(例えばLiFePO4、LiMnPO4、LiFeVO4、LiMnVO4、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4)を上記正極活物質として用いてもよい。
The positive electrode active material used in the
上記導電材としては、従来この種のリチウムイオン二次電池で用いられているものであればよく、特定の導電材に限定されない。例えば、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料を用いることができる。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等)、グラファイト粉末等を用いることができる。これらのうち一種又は二種以上を併用してもよい。 The conductive material is not limited to a specific conductive material as long as it is conventionally used in this type of lithium ion secondary battery. For example, carbon materials such as carbon powder and carbon fiber can be used. As the carbon powder, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, etc.), graphite powder, and the like can be used. Among these, you may use together 1 type, or 2 or more types.
また、上記結着剤としては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用される結着剤と同様のものを適宜採用することができる。水系の溶媒を用いて組成物を調整する場合には、水溶性(水に溶解する)又は水分散性(水に分散する)の水性ポリマーが好ましい。水分散性のポリマーとしては、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類;ポリエチレンオキサイド(PEO);酸化ビニル共重合体;等が例示される。また、溶剤系の溶媒を用いて組成物を調整する場合には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)等の有機溶媒(非水溶媒)に溶解するポリマー材料を用いることができる。溶剤系の溶媒としては、例えばN−メチルピロリドン(NMP)等が挙げられる。 Moreover, as the binder, those similar to the binder used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be appropriately employed. When the composition is prepared using an aqueous solvent, a water-soluble (dissolvable in water) or water-dispersible (dispersible in water) aqueous polymer is preferable. Examples of the water dispersible polymer include rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR); polyethylene oxide (PEO); vinyl oxide copolymer; Moreover, when adjusting a composition using a solvent-type solvent, the polymer material which melt | dissolves in organic solvents (nonaqueous solvent), such as a polyvinylidene fluoride (PVDF) and a polyvinylidene chloride (PVDC), can be used. . Examples of the solvent-based solvent include N-methylpyrrolidone (NMP).
上記正極箔41としては、従来のリチウムイオン二次電池の正極に用いられている正極箔と同様、アルミニウム材又はアルミニウム材を主体とする合金材などを用いることができる。
As the
次に、上記実施の形態に係る負極30について説明する。本実施の形態に係る負極30は、少なくとも負極活物質と結着剤とを溶媒に溶かしてなるペーストを負極箔31の両面に塗布して乾燥させてなる負極合材層32を有する部材である。
Next, the
上記負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる材料の一種又は二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、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、リチウム遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12等のリチウムチタン複合酸化物)、リチウム遷移金属複合窒素化物等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛(人工黒鉛)、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)等が挙げられる。 As said negative electrode active material, the material of 1 type, or 2 or more types conventionally used for a lithium ion secondary battery can be used without limitation. For example, particulate carbon material including a graphite structure (layered structure) at least partially, lithium transition metal composite oxide (for example, lithium titanium composite oxide such as Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium transition metal composite nitride Etc. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite (artificial graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), and the like.
上記負極合材に含まれる結着剤としては、一般的なリチウムイオン二次電池の負極に使用される結着剤と同様のものを適宜採用することができる。例えば、負極合材層32を形成するために水系のペースト状の組成物を用いる場合には、負極合材に含まれる粘着剤として、上記正極40に使用されるものを適宜採用することができる。
As a binder contained in the said negative electrode compound material, the thing similar to the binder used for the negative electrode of a general lithium ion secondary battery can be employ | adopted suitably. For example, when a water-based paste-like composition is used to form the negative
また、負極合材層32には、増粘材を含んでいてもよい。負極合材層32に含まれる増粘材としては、例えば、水溶性又は水分散性のポリマーを採用し得る。水溶性のポリマーとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、酢酸フタル酸セルロース(CAP)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA);等が挙げられる。また、上記結着剤として挙げられる材料と同様のものを、負極合材層32に含まれる増粘材として、適宜採用することができる。
The negative
上記負極箔31としては、従来のリチウムイオン二次電池の負極に用いられている負極箔と同様、銅材又は銅材を主体とする合金材などを用いることができる。
As the
次に、上記実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の非水電解液について説明する。非水電解液は電池ケース10と封口体20とを溶接した後に、非水電解液注入口(図示省略)から電池ケース10内に注入されたものである。
Next, the non-aqueous electrolyte of the lithium ion secondary battery according to the above embodiment will be described. The non-aqueous electrolyte is injected into the
ここで、上記正極合材と、上記負極合材とは、少なくともいずれか一方に炭素系粒子が含まれており、かつ、炭素系粒子を含む電極が捲回体2の外側に配置されている構成が良い。
Here, at least one of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture includes carbon-based particles, and an electrode including the carbon-based particles is disposed outside the
上記非水電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定することなく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な有機溶媒(非水溶媒)に支持塩を含有させた組成を有する。上記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネイト(EC)、プロピレンカーボネイト(PC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、ジエチルカーボネイト(DEC)等から選択される一種又は二種以上を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3等のフッ素(F)を構成元素として含むリチウム塩を用いることが好ましい。さらに、上記非水電解液に、ジフルオロリン酸塩(LiPO2F2)やリチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)を溶解させてもよい。 As said non-aqueous electrolyte, the thing similar to the non-aqueous electrolyte conventionally used for a lithium ion secondary battery can be used without specifically limiting. Such a non-aqueous electrolyte typically has a composition in which a supporting salt is contained in an appropriate organic solvent (non-aqueous solvent). As the organic solvent, for example, one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and the like can be used. Further, as the supporting salt, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, Li (CF 3 SO 2) 2N, it is preferable to use a lithium salt containing as a constituent element fluorine (F), such as LiCF 3 SO 3 . Further, difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) or lithium bisoxalate borate (LiBOB) may be dissolved in the non-aqueous electrolyte.
次に、上記実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池のセパレータ50について説明する。セパレータ50は、正極40と負極30との間に配置される部材である。
Next, the
上記セパレータ50としては、リチウムイオン二次電池に用いられる従来公知のものを特に制限なく使用することができる。例えば、ポリエチレン(PE)系、ポリプロピレン(PP)系等を使用することができる。
As said
次に、上記実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池の反射部材60について説明する。反射部材60は、片方の面に粘着層を有し、捲回体2に当該反射部材60を粘着することにより、捲回体2を捲き止め可能な部材である。
Next, the reflecting
上記反射部材60としては、ポリプロピレン(PP)系やポリエチレン(PE)系などを基材として用いることができる。
また、反射部材60及びセパレータ50の可視光の同一波長に対するtをそれぞれ透過率A及び透過率Bとした場合に、関係式(a):A×B<20(%)を満たすことが好ましい。さらに、関係式(b):A×B<16(%)を満たすことが好ましい。ここで、可視光に対する透過率は、以下の表1、及び表2に基づき、部材の色及び明度により調整することができる(JISZ8721−1993参照)。具体的には、透過率(%)=100−反射率で算出することができる。
As the
Moreover, when t with respect to the same wavelength of visible light of the
粘着層としては、一般的なリチウムイオン二次電池の捲き止めに用いるテープが有する粘着層と同様のものを適宜採用することができる。例えば、アクリル系の粘着層を用いることができる。
また、反射部材61、絶縁フィルム62も、反射部材60と同様のものを用いることができる。なお、反射部材61及び絶縁フィルム62は、粘着層を有していなくてもよい。
As the adhesive layer, the same adhesive layer as that of a tape used for scratching a general lithium ion secondary battery can be appropriately employed. For example, an acrylic adhesive layer can be used.
Further, the
以下に、第1の実施の形態に係る実施例を例1に、第2の実施の形態に係る実施例を例2に、比較例を例3及び例4において説明するが、本発明を当該実施例に限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples according to the first embodiment will be described in Example 1, examples according to the second embodiment will be described in Example 2, and comparative examples will be described in Examples 3 and 4. It is not intended to be limited to the examples.
(例1)
正極活物質としてのLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2と、導電材としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、NMPに分散させて正極合材層形成用ペーストとした。正極箔41(アルミニウム箔)の両面に当該正極合材層形成用ペーストを塗布して乾燥させた後、圧延処理を施して、正極40を作製した。
負極活物質としての天然黒鉛と、結着剤としてのSBRと、増粘剤としてのCMCとを、水に分散させて負極合材層形成用ペーストとした。負極箔31(銅箔)の両面に当該負極合材層形成用ペーストを塗布して乾燥させた後、圧延処理を施して、負極30を作製した。
非水電解液は、ECとMECと、DMVとの混合溶媒にLiPF6を溶解させて作製した。
セパレータ50には、PEを基材とし、可視光に対する反射率が46%程度のものを用いた。つまり、セパレータ50の透過率Bは、54%である。
反射部材60には、アクリル系の粘着層を有し、PEを基材とする日東電光株式会社製の白色の粘着テープNo.31Cを用いた。つまり、反射部材60の反射率は、70%である。換言すれば、反射部材60の透過率Aは、30%である。従って、例1において、A×B≒16(%)である。
そして、上記正極40と、上記負極30とを上記セパレータ50を介して積層し、電極体を形成した。次いで、当該電極体を扁平形状に捲回して、捲回体2を製造した(図5参照)。
ここで、捲回体2の最外周にはセパレータ50が配置され、セパレータ50の一つ下の層には負極30が配置される構成とした。また、捲回体2を捲回体2の上方の屈曲部2aに捲回端部が配置されるように捲回した。また、反射部材60で捲回体2の上方の負極合材層32の前面を覆うように反射部材60を粘着させ、捲回体2を捲き止めした。そして、正極端子70aと捲回体2の正極箔41とを電気的に接続するとともに、負極端子70bと捲回体2の負極箔31とを電気的に接続した。また、捲回体2と非水電解液を電池ケース10に収容して電池ケース10に封口体20が嵌め合うように組み立てた。その後、出力2.4kwのファイバーレーザを用いて電池ケース10と封口体20とを溶接し、例1に係るリチウムイオン二次電池1とした。
(Example 1)
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are dispersed in NMP to form a positive electrode composite. A paste for forming a material layer was obtained. The positive electrode composite material layer forming paste was applied to both surfaces of the positive electrode foil 41 (aluminum foil) and dried, and then subjected to a rolling treatment to produce the
Natural graphite as a negative electrode active material, SBR as a binder, and CMC as a thickener were dispersed in water to obtain a negative electrode mixture layer forming paste. The negative electrode composite material layer forming paste was applied to both surfaces of the negative electrode foil 31 (copper foil) and dried, and then subjected to a rolling treatment to produce the
The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of EC, MEC, and DMV.
The
The
And the said
Here, the
(例2)
例2に係るリチウムイオン二次電池100は、例1と同様にして製造した。具体的には、例2に係るリチウムイオン二次電池100は、捲回体2の周方向の長さが屈曲部2aよりも長い形状の反射部材61を屈曲部2aに粘着させたものである。ここで、反射部材61の捲回体2の周方向の両端が捲回体2と接触せず、かつ、電池ケース10の内壁11と接触しているように、捲回体2を電池ケース10内部に収納した。
(Example 2)
The lithium ion
(例3)
例3に係るリチウムイオン二次電池1は、例1と同様にして製造した。具体的には、例3に係るリチウムイオン二次電池1は、図3に示す形状と同様の形状であって、反射部材60として、日東電工(株)のPP粘着テープNo.3703DFのライトグリーンを用いた。つまり、反射部材60の反射率は、30%である。換言すれば、反射部材60の透過率Aは、70%である。従って、例3において、A×B≒37(%)である。
(Example 3)
The lithium ion
(例4)
例4に係るリチウムイオン二次電池300は、図7に示すように、捲回体2の屈曲部と封口体20との間に反射部材を有さない。従って、例4に係るリチウムイオン二次電池300は、反射部材を有さない点以外は例1に係るリチウムイオン二次電池1と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付すとともにその説明を省略する。
(Example 4)
As shown in FIG. 7, the lithium ion
ここで、例1〜例4に係るリチウムイオン二次電池1、100、300を作成後、それらのリチウムイオン二次電池1、100、300を分解し、レーザ溶接によるセパレータ50への影響を目視で確認し、比較した。その結果、例1及び例2においてセパレータ50の溶融は見られなかった。しかし、例3においては、セパレータ50の溶融が見られた。また、例4ではわずかにセパレータ50の溶融が見られた。
Here, after producing the lithium ion
例1及び例2においては、反射部材に白色の部材、すなわち70%以上の反射率を有する反射部材60、61を用いた。換言すれば、反射部材の透過率Aとセパレータの透過率Bとを乗算した値が、当該レーザ光の正極合材層又は負極合材層への照射を抑える値となっている。そのため、溶接時に電池ケース10に入り込んだレーザ光は反射部材60、61により反射され、捲回体2の負極合材層32に対するレーザ光の照射を抑えることができた。これにより、負極合材層32の発熱を抑制することができ、セパレータ50は溶融しなかったものと考えられる。
In Examples 1 and 2, white members, that is, the reflecting
例3においては、溶接時に電池ケース10内に入り込んだレーザ光の一部は反射部材60により反射される。しかし、溶接時に電池ケース10内に入り込んだレーザ光の一部は反射部材60及び最外周のセパレータ50を透過または反射部材60に吸収されてしまい、当該反射部材60が発熱した。これは、例3にかかるリチウムイオン二次電池1では、反射率が例1及び例2よりも低い反射部材60を用いたためと考えられる。そのため、反射部材60により反射されたレーザ光が少なく、負極合材層32または反射部材60が吸収するレーザ光の量が多くなり、当該負極合材層32及び反射部材60が発熱した。これにより、一部のセパレータ50が溶融したものと考えられる。
In Example 3, part of the laser light that enters the
例4においては、溶接時に電池ケース10内に入り込んだレーザ光が捲回体2のセパレータ50を透過し、セパレータ50の下層にある負極合材層32へ照射されたと考えられる。そのため、負極合材層32が発熱し、セパレータ50が溶融したと考えられる。
In Example 4, it is considered that the laser light entering the
図示しないが、本発明の他の実施例として、電極体は、正極と負極とをセパレータを介して電池ケースの開口部へ向かって積層されてなり、反射部材は、電極体の開口部側の最外層を覆って電極体に粘着された二次電池があげられる。 Although not shown in the drawings, as another embodiment of the present invention, the electrode body is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode toward the opening of the battery case via a separator, and the reflecting member is disposed on the opening side of the electrode body. Examples include a secondary battery that covers the outermost layer and is adhered to the electrode body.
また、本発明を他の実施例として、正極と負極とがセパレータを介して電池ケースの内壁に向かい積層されてなる電極体または捲回体が、電池ケース内に収容されており、電池ケースの開口部側の電極体の端または捲回体の端を覆って反射部材が粘着された二次電池があげられる。 Further, as another embodiment of the present invention, an electrode body or a wound body in which a positive electrode and a negative electrode are laminated to face an inner wall of a battery case via a separator is accommodated in the battery case. Examples thereof include a secondary battery in which the end of the electrode body on the opening side or the end of the wound body is covered and a reflective member is adhered.
本発明の実施例、及び他の実施例において、反射部材は電極体または捲回体に粘着されたシート部材としているが、反射部材は電池ケースに取り付けられて電極体または捲回体を覆っていてもよく、また、電池ケースから封口体にかけて配置され、電池ケースと封口体の境目を塞ぐ形でも良い。 In the embodiments of the present invention and other embodiments, the reflecting member is a sheet member adhered to the electrode body or the wound body, but the reflecting member is attached to the battery case and covers the electrode body or the wound body. Alternatively, the battery case may be arranged from the battery case to the sealing body so as to close the boundary between the battery case and the sealing body.
本発明は、実施の形態にあげたリチウムイオン二次電池に限定されるものではない。また、発明の実施の形態、及び実施例において、負極30が最外周に配置されたセパレータ50の下部に配置された構成で説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、炭素系粒子を含む電極合材層を有する電極が最外周のセパレータ50の下部に配置されていれば良い。
The present invention is not limited to the lithium ion secondary battery described in the embodiment. Further, in the embodiments and examples of the invention, the
1、100、200 リチウムイオン二次電池
2 捲回体(電極体)
2a 屈曲部
2b 平面部
10 電池ケース
11 内壁
20 封口体
30 負極
31 負極箔
32 負極合材層
40 正極
41 正極箔
42 正極合材層
50 セパレータ
60、61、62 反射部材
70a 正極端子
70b 負極端子
1, 100, 200 Lithium ion
Claims (5)
前記電極体を収容し、かつ、開口部を有する電池ケースと、
前記電池ケースに溶接されて前記電池ケースを封口する封口体と、を有する二次電池において、
前記正極合材層と前記負極合材層の少なくとも一方は炭素系粒子を有し、
前記封口体と前記電池ケースとの境目と、前記正極合材層と前記負極合材層のうち、前記炭素系粒子を有する前記正極合材層又は前記負極合材層と、の間に反射部材を有し、
前記反射部材及び前記セパレータの可視光の同一波長に対する透過率をそれぞれ透過率A及び透過率Bとした場合に、関係式(a):A×B<20(%)を満たす、二次電池。 An electrode body in which a positive electrode having a positive electrode mixture layer and a negative electrode having a negative electrode mixture layer are laminated via a separator;
A battery case containing the electrode body and having an opening;
In a secondary battery having a sealing body that is welded to the battery case and seals the battery case,
At least one of the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer has carbon-based particles,
A reflective member between the boundary between the sealing body and the battery case, and the positive electrode mixture layer or the negative electrode mixture layer having the carbon-based particles among the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer. Have
A secondary battery satisfying the relational expression (a): A × B <20 (%) when the transmittance of the reflective member and the separator with respect to the same wavelength of visible light is defined as transmittance A and transmittance B, respectively.
前記捲回体において、前記平面部の最外周面が前記電池ケースの内壁に沿い、かつ、前記屈曲部の一方は前記電池ケースの開口部側に向かい、前記屈曲部の他方は前記電池ケースの底面に向かって配置されており、
前記電池ケースの開口部側に向かって配置された前記屈曲部は、最外層に前記セパレータを有しており、
前記反射部材は、シート状の部材であり、少なくとも前記屈曲部の前記正極合材層、または前記屈曲部の前記負極合材層を、前記捲回体の軸方向及び前記捲回体の周方向に沿って覆っている、請求項1記載の二次電池。 The electrode body is a wound body having a flat portion and a bent portion, in which the positive electrode and the negative electrode are wound and flattened via the separator,
In the wound body, the outermost peripheral surface of the flat portion is along the inner wall of the battery case, and one of the bent portions faces the opening side of the battery case, and the other bent portion is the battery case. It is arranged toward the bottom,
The bent portion arranged toward the opening side of the battery case has the separator in the outermost layer,
The reflecting member is a sheet-like member, and at least the positive electrode mixture layer of the bent portion or the negative electrode mixture layer of the bent portion includes an axial direction of the wound body and a circumferential direction of the wound body. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is covered along the line.
前記反射部材の前記捲回体の周方向に沿う両端が前記電池ケースの開口部側を向いて前記電池ケースの内壁に接触している請求項2記載の二次電池。 The reflective member is disposed closer to the sealing body than the two flat portions,
3. The secondary battery according to claim 2, wherein both ends of the reflecting member along the circumferential direction of the wound body face the opening side of the battery case and are in contact with the inner wall of the battery case.
前記粘着層は、前記捲回体の前記開口部側に配置された前記屈曲部に粘着され、前記捲回体を捲き止めしている請求項2乃至3の何れか一項に記載の二次電池。 The reflective member has an adhesive layer,
The secondary adhesive according to any one of claims 2 to 3, wherein the adhesive layer is adhered to the bent portion disposed on the opening side of the wound body to stop the wound body. battery.
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