JP2014035941A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の非水電解質二次電池10は、一方の端部に正極芯体露出部15を有し、他方の端部に負極芯体露出部16を有する偏平状の巻回電極体14を有し、正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16の積層数は30以上であり、正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16の最外面にはそれぞれ正極集電体17ないし負極集電体19が溶接接続され、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含有する非水電解液を用いて作製されたものであり、溶接接続部では、正極芯体露出部15の全てが溶融して正極集電体17に溶接接続され、負極芯体露出部16の全てが溶融して負極集電体19に溶接接続されている。
【選択図】図2
Description
しかしながら、極板内において反応が不均一となった場合、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩由来の保護被膜が負極表面に均一に形成され難く、サイクル特性が十分に向上しない虞がある。
長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有し、
前記巻回された正極芯体露出部の巻回数は30以上であり、前記巻回された負極芯体露出部の巻回数は30以上であり、
前記巻回された正極芯体露出部の最外面には正極集電体が溶接接続され、前記巻回された負極芯体露出部の最外面には負極集電体が溶接接続され、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含有する非水電解液を用いて作製された非水電解質二次電池であって、
前記正極芯体露出部と前記正極集電体の溶接接続部では前記正極芯体露出部の全てが溶融して前記正極集電体に溶接接続され、
前記負極芯体露出部と前記負極集電体の溶接接続部では前記負極芯体露出部の全てが溶融して前記負極集電体に溶接接続されていることを特徴とする。
前記負極芯体露出部と前記負極集電体の溶接接続部は、前記溶接接続部の中心軸を通り、前記巻回電極体の巻回軸に対して垂直な面における前記負極芯体露出部の溶融面積が1.8mm2以上であることが好ましい。
前記負極集電体は、前記負極芯体露出部と対向する領域で、かつ前記偏平状の巻回電極体の中央側の端部にはリブが形成されていることが好ましい。
最初に、実施形態の角形の非水電解質二次電池を図1〜図4を用いて説明する。この角形の非水電解質二次電池10は、図4に示したように、正極板11と負極板12とがセパレータ13を介して互いに絶縁された状態で巻回された偏平状の巻回電極体14を有している。この巻回電極体14の最外面側は、セパレータ13で被覆されているが、負極板12が正極板11よりも外周側となるようになされている。
次に、実施形態の角形の非水電解質二次電池10で用いた正極活物質合剤層11a及び負極活物質合剤層12aの具体的組成及び非水電解液の具体的組成について説明する。正極活物質としては、LiNi0.35Co0.35Mn0.30O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いた。このリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と、導電剤としての炭素粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、それぞれ質量比で88:9:3となるように秤量し、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と混合して正極活物質合剤スラリーを調製した。この正極活物質合剤スラリーを、例えば厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面にダイコーターによって塗布し、正極活物質合剤層を正極芯体の両面に形成し、次いで、乾燥させて有機溶媒となるNMPを除去し、ロールプレスによって所定厚さとなるように圧縮した。得られた極板を極板の幅方向の一方端に長さ方向全体にわたって一定幅で正極活物質合剤層が両面に形成されていない正極芯体露出部15が形成されるようにスリットし、図3Aに示した構成の正極板11を得た。
負極板は次のようにして作製した。黒鉛粉末98質量部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム(SBR)1質量部を水に分散させ負極活物質合剤スラリーを調整した。この負極活物質合剤スラリーを厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の両面にダイコーターによって塗布し、乾燥して負極集電体の両面に負極活物質合剤層を形成し、次いで、圧縮ローラーを用いて所定厚さに圧縮した。その後、得られた極板を極板の幅方向の一方端に長さ方向全体にわたって一定幅で負極活物質合剤層が両面に形成されていない負極芯体露出部16が形成されるようにスリットし、図3Bに示した構成の負極板12を得た。
非水電解液としては、溶媒としてエチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とを体積比(25℃、1気圧)で3:7の割合で混合した混合溶媒に電解質塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように添加し、さらにオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としてのLiBOBを0.1mol/Lとなるように添加したものを用いた。ただし、添加されたLiBOBは、初期の充電時に負極板の表面で反応して保護被膜を形成するため、実施形態の角形の非水電解質二次電池10内では非水電解液中に添加されたLiBOBの全てがLiBOBの形で存在しているわけではない。
上述のようにして作製された負極板12及び正極板11を、最外面側が負極板12となるようにして、それぞれセパレータ13を介して互いに絶縁された状態で巻回した後、偏平状に成形して偏平状の巻回電極体14を作製した。この偏平状の巻回電極体14は、正極板11及び負極板12の巻回数がそれぞれ、43回、44回となっており、すなわち、正極板11及び負極板12の総積層枚数はそれぞれ86枚、88枚であり、設計容量が20Ahのものである。また、正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16の総積層枚数はそれぞれ86枚、88枚である。この偏平状の巻回電極体14を用いて、予め定めた定格電流値によって、正極芯体露出部15の最外面の両側に正極集電体17を抵抗溶接し、同じく負極芯体露出部16の最外面の両側に負極集電体19を抵抗溶接した。このときの正極芯体露出部15に形成された溶融部の断面積は、ばらつきはあるが、小さくても4.3mm2であり、同じく負極芯体露出部16に形成された溶融部の断面積は小さくても2.9mm2であった。なお、積層された芯体露出部を2分し、その間に導電部材を配置し導電部材の両端を2分した芯体露出部のそれぞれと溶接接続する場合、「正極芯体露出部と正極集電体の溶接接続部における、溶接接続部の中心軸を通り、巻回電極体の巻回軸に対して垂直な面における正極芯体露出部の溶融面積」「負極芯体露出部と負極集電体の溶接接続部における、溶接接続部の中心軸を通り、巻回電極体の巻回軸に対して垂直な面における負極芯体露出部の溶融面積」は、導電部材の両側に形成された溶融部の断面積の合計の値とする。
また、上記の実施形態の非水電解質二次電池10では、複数枚が積層された正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16をそれぞれ2分し、その間に正極用導電部材29ないし負極用導電部材31を有する正極用中間部材30ないし負極用中間部材32を配置した例を示した。しかしながら、本発明は複数枚が積層された正極芯体露出部15ないし負極芯体露出部16を2分しなくてもよい。
Claims (10)
- 長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有し、
前記巻回された正極芯体露出部の巻回数は30以上であり、前記巻回された負極芯体露出部の巻回数は30以上であり、
前記巻回された正極芯体露出部の最外面には正極集電体が溶接接続され、前記巻回された負極芯体露出部の最外面には負極集電体が溶接接続され、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含有する非水電解液を用いて作製された非水電解質二次電池であって、
前記正極芯体露出部と前記正極集電体の溶接接続部では前記正極芯体露出部の全てが溶融して前記正極集電体に溶接接続され、
前記負極芯体露出部と前記負極集電体の溶接接続部では前記負極芯体露出部の全てが溶融して前記負極集電体に溶接接続されていることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記正極芯体露出部と前記正極集電体との間の溶接接続部は、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心位置を挟んで両側に少なくとも1箇所ずつ設けられており、
前記負極芯体露出部と前記負極集電体との間の溶接接続部は、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心位置を挟んで両側に少なくとも1箇所ずつ設けられていることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 - 前記正極芯体露出部と前記正極集電体の溶接接続部は、前記溶接接続部の中心軸を通り、前記巻回電極体の巻回軸に対して垂直な面における前記正極芯体露出部の溶融面積が2.7mm2以上であり、
前記負極芯体露出部と前記負極集電体の溶接接続部は、前記溶接接続部の中心軸を通り、前記巻回電極体の巻回軸に対して垂直な面における前記負極芯体露出部の溶融面積が1.8mm2以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。 - 前記巻回された正極芯体露出部の間には導電性の正極用導電部材が配置され、
前記巻回された負極芯体露出部の間には導電性の負極用導電部材が配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 - 前記正極用導電部材は複数個が1つの絶縁性の正極用中間部材に保持され、
前記負極用導電部材は複数個が1つの絶縁性の負極用中間部材に保持されていることを特徴とする請求項4に記載の非水電解質二次電池。 - 電池容量が20Ah以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩の含有量は、非水電解質二次電池作製時において、0.01〜2.0mol/Lであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩がリチウムビス(オキサラト)ホウ酸塩(Li[B(C2O4)2])であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- ジフルオロリン酸リチウム(LiPF2O2)を含有する非水電解液を用いて作製されたものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極集電体は、前記正極芯体露出部と対向する領域で、かつ前記偏平状の巻回電極体の中央側の端部にはリブが形成されており、
前記負極集電体は、前記負極芯体露出部と対向する領域で、かつ前記偏平状の巻回電極体の中央側の端部にはリブが形成されていること特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
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