JP2017027837A - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。リチウムイオン二次電池は、特に、電気自動車(EV)、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)等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。 Lithium ion secondary batteries are lighter and have a higher energy density than existing batteries, and have recently been used as so-called portable power sources for vehicles and personal computers and power sources for driving vehicles. Lithium-ion secondary batteries are expected to become increasingly popular as high-output power sources for driving vehicles such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). Yes.
リチウムイオン二次電池の一形態として、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、該正極シートと該負極シートとの間に介在するセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体が、非水電解質とともに電池ケースに収容された構成を有するものが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。 As one form of a lithium ion secondary battery, a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer on a long positive electrode current collector, a negative electrode sheet having a negative electrode active material layer on a long negative electrode current collector, and the positive electrode A wound electrode body formed by laminating a sheet and a separator interposed between the negative electrode sheet and having a configuration in which the sheet electrode is housed in a battery case together with a non-aqueous electrolyte (for example, patent document) 1).
リチウムイオン二次電池の充放電は、化学反応を介して行われ、発熱を伴う。したがって、リチウムイオン二次電池の充放電時においては、捲回電極体の温度が上昇するが、捲回電極体が十分な放熱性を有しない場合には、捲回電極体の内周部と外周部とで温度差が生じ、充放電の際の化学反応が不均一に起こるという不都合がある。 The charging / discharging of the lithium ion secondary battery is performed through a chemical reaction and generates heat. Therefore, when the lithium ion secondary battery is charged and discharged, the temperature of the wound electrode body rises, but when the wound electrode body does not have sufficient heat dissipation, the inner peripheral portion of the wound electrode body There is a disadvantage in that a temperature difference occurs between the outer peripheral portion and the chemical reaction during charge / discharge occurs unevenly.
また、過充電などの異常時においては、電極の活物質と非水電解質が反応し、異常発熱を起こすことが知られている。この異常発熱の対策として、セパレータには、ポリオレフィン等のセパレータの構成材料が熱溶融してセパレータの空孔を閉塞させることにより、電流を遮断(いわゆる「シャットダウン」)する機能が付与されているが、捲回電極体の内周部と外周部で温度差が生じると、シャットダウンの進行が不均一となってしまうという不都合がある。 Further, it is known that when an abnormality such as overcharge occurs, the active material of the electrode and the non-aqueous electrolyte react to cause abnormal heat generation. As a countermeasure against this abnormal heat generation, the separator is given a function of interrupting current (so-called “shutdown”) by closing the pores of the separator by melting the constituent material of the separator such as polyolefin. When the temperature difference is generated between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the wound electrode body, there is a disadvantage that the progress of the shutdown becomes non-uniform.
捲回電極体の内周部と外周部との温度差を緩和するために、捲回電極体に金属製の軸心を導入し、当該軸心を通して放熱する技術が提案されている(例えば、特許文献2および3参照)。しかしながら、このような技術においては、金属製の軸心による短絡が起こらないよう、金属製の軸心を電極等に接合固定するなど、リチウムイオン二次電池の製造の際に煩雑なプロセスが必要である。 In order to alleviate the temperature difference between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the wound electrode body, a technique of introducing a metal shaft center into the wound electrode body and radiating heat through the shaft center has been proposed (for example, (See Patent Documents 2 and 3). However, in such a technique, a complicated process is required when manufacturing a lithium ion secondary battery, such as joining and fixing a metal shaft center to an electrode or the like so that a short circuit due to the metal shaft center does not occur. It is.
そこで本発明は、捲回電極体発熱時に起こる捲回電極体の内周部と外周部との温度差が十分に緩和され、かつ製造が容易なリチウムイオン二次電池を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery in which the temperature difference between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the wound electrode body that occurs when the wound electrode body generates heat is sufficiently mitigated, and is easy to manufacture.
ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在するセパレータとが積層されて捲回されてなる捲回電極体を備える。前記正極シートは、前記正極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部を有しており、前記負極シートは、前記負極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部を有している。前記正極シートと前記負極シートのいずれか一方の電極シートには、当該電極シートの長尺方向の一方の端部において、前記集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられている。前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが、前記一方の電極シートの前記集電体露出部の少なくとも一部を、他方の電極シートおよびセパレータとの重なりがないまま残して、前記正極シートの前記正極活物質層非形成部と前記負極シートの前記負極活物質層非形成部とが、前記セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように積層されているものであって、前記集電体露出部を捲き始め部分とし、前記捲回電極体の最内周部において前記集電体露出部のみが複数周捲回され、当該最内周部より外周において、前記正極シート、前記セパレータおよび前記負極シートの積層部分が捲回されているものである。前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが重なり合った捲回コア部を有し、前記集電体露出部の捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、前記正極シートおよび前記負極シートは、前記正極活物質層非形成部および前記負極活物質層非形成部がそれぞれ、前記捲回コア部から、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出している。前記正極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、前記負極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、当該集電部において、前記集電体露出部の端部は、複数重なりあっている。
このような構成によれば、捲回電極体の最内周部において複数周捲回されている集電体露出部が熱伝導体の役割を果たし、捲回電極体の内周部で発生した熱を効率よく外部に排出することができ、捲回電極体の内周部と外周部との温度差を十分に緩和することができる。また、従来の捲回電極体の製造方法に対し、活物質層を塗工する位置と、正極シート、負極シートおよびセパレータを積層させる位置とを変えるだけで、捲回電極体を製造することができるため、煩雑なプロセスを追加することなくリチウムイオン二次電池を容易に製造することができる。
The lithium ion secondary battery disclosed herein includes a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer on a long positive electrode current collector, a negative electrode sheet having a negative electrode active material layer on a long negative electrode current collector, A wound electrode body is provided in which a separator interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet is laminated and wound. The positive electrode sheet has a positive electrode active material layer in which the positive electrode active material layer is not formed at one end in the width direction, which is a direction orthogonal to the long direction of the positive electrode current collector, along the long direction. The negative electrode sheet has a forming portion, and the negative electrode active material layer is formed along the longitudinal direction at one end in the width direction, which is a direction orthogonal to the longitudinal direction of the negative electrode current collector. It has a negative electrode active material layer non-formed part. On one electrode sheet of either the positive electrode sheet or the negative electrode sheet, a current collector exposure in which an active material layer is not formed over the entire width of the current collector at one end in the longitudinal direction of the electrode sheet. Is provided. In the wound electrode body, the positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the separator leave at least a part of the current collector exposed portion of the one electrode sheet without overlapping with the other electrode sheet and separator. The positive electrode active material layer non-formed part of the positive electrode sheet and the negative electrode active material layer non-formed part of the negative electrode sheet are laminated so as to protrude on opposite sides in the width direction of the separator. The current collector exposed portion is a winding start portion, and only the current collector exposed portion is wound around the innermost peripheral portion of the wound electrode body, and the positive electrode is disposed on the outer periphery from the innermost peripheral portion. A laminated portion of the sheet, the separator, and the negative electrode sheet is wound. The wound electrode body has a wound core portion in which the positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the separator overlap each other, and one end portion of the current collector exposed portion in the winding axis direction is the wound core. The positive electrode sheet and the negative electrode sheet protrude from the winding core portion from the winding core portion, and the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are respectively wound from the winding core portion. It protrudes so as to overlap and overlap one end and the other end in the direction. When the positive electrode sheet includes the current collector exposed portion, the end portion of the current collector exposed portion protruding so as to overlap and the positive electrode active material layer non-forming portion protruding so as to overlap each other are gathered together. And the negative electrode active material layer non-forming part protruding so as to overlap with each other to form a negative electrode current collector that is in contact with each other, and the negative electrode sheet is exposed to the current collector The positive electrode active material layer non-forming portions protruding so as to overlap each other, and the positive electrode current collectors contacting each other, and the end portions of the current collector exposed portions protruding so as to overlap with each other, and The negative electrode active material layer non-forming portions protruding so as to overlap with each other are formed to form a negative electrode current collector portion that is in contact with each other, and in the current collector portion, a plurality of end portions of the current collector exposed portion are provided. We have each other now.
According to such a configuration, the current collector exposed portion wound around the innermost peripheral portion of the wound electrode body serves as a heat conductor, and is generated at the inner peripheral portion of the wound electrode body. Heat can be efficiently discharged to the outside, and the temperature difference between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the wound electrode body can be sufficiently relaxed. In addition, compared with the conventional method of manufacturing a wound electrode body, a wound electrode body can be manufactured only by changing the position where the active material layer is applied and the position where the positive electrode sheet, the negative electrode sheet and the separator are laminated. Therefore, the lithium ion secondary battery can be easily manufactured without adding a complicated process.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、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、本発明を特徴付けないリチウムイオン二次電池の一般的な構成および製造プロセス)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は、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ている。また、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。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that matters other than the matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a general configuration and manufacturing process of a lithium ion secondary battery that does not characterize the present invention) are as follows. Therefore, it can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art 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. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構造について、図1〜図4を用いて簡単に説明する。なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウム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。
The structure of the lithium ion
図2に示すリチウムイオン二次電池100では、大まかにいって、扁平形状の捲回電極体20と非水電解液(図示せず)とが扁平な角形の密閉構造の電池ケース(即ち外装容器)30に収容されている。電池ケース30は、一端(電池の通常の使用状態における上端部に相当する。)に開口部を有する箱形(即ち有底直方体状)のケース本体32と、該ケース本体32の開口部を封止する蓋体34とから構成される。電池ケース30の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼といった軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられ得る。
In the lithium ion
また、図2に示すように、蓋体34には外部接続用の正極端子42および負極端子44と、電池ケース30の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁36と、非水電解液を注入するための注入口(図示せず)が設けられている。また、電池ケース30の内部には電池ケース30の内圧上昇により作動する電流遮断機構(Current Interrupt Device、CID)が設けられてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the
捲回電極体20は、長尺な正極集電体52上に正極活物質層54を備える正極シート50と、長尺な負極集電体62上に負極活物質層64を備える負極シート60と、正極シート50と負極シート60との間に介在するセパレータ70とを有する。
The
図1および図2に示すように、正極シート50は、典型的には、長尺な正極集電体52と、正極集電体52上に設けられた正極活物質層54とを備えている。正極集電体52には、正極活物質層54が形成される部位と、正極活物質層54が設けられずに正極集電体52が露出される正極活物質層非形成部56とが設けられている。この正極活物質層非形成部56は、正極集電体52の長尺方向に直交する方向である幅方向(以下、単に幅方向という。負極側も同じ。)の一方の端部に設けられる。なお、本実施形態では、正極集電体52の両面に正極活物質層54が設けられているが、正極活物質層54はいずれか一方の面にのみ設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
この正極活物質層54は、正極活物質を含んでいる。正極活物質層54は、典型的には、正極活物質が導電材と共にバインダ(結着剤)により互いに結合され、正極集電体52に接合された形態であり得る。このような正極シート50は、典型的には、例えば、正極活物質と導電材とバインダとを適当な溶媒に分散させてなる正極合材ペースト(スラリー、インク等を包含する。)を、正極活物質層非形成部56を除く正極集電体52の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。正極集電体52としては、導電性の良好な金属箔(例、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼)からなる導電性部材(典型的にはアルミ箔)を好適に使用することができる。
The positive electrode
上記正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な材料であればよく、例えば、リチウム元素と一種または二種以上の遷移金属元素とを含むリチウム含有化合物(例、リチウム遷移金属複合酸化物)を好適に用いることができる。好適例としては、層状岩塩型またはスピネル型の結晶構造を有するリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。かかるリチウム遷移金属酸化物は、例えば、リチウムニッケル複合酸化物(例、LiNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例、LiCoO2)、リチウムマンガン複合酸化物(例、LiMn2O4)、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、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)のような三元系リチウム含有複合酸化物である。また、一般式がLiMPO4或いはLiMVO4或いはLi2MSiO4(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうち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を上記正極活物質として用いてもよい。 The positive electrode active material may be any material that can occlude and release lithium ions. For example, a lithium-containing compound containing a lithium element and one or more transition metal elements (eg, lithium transition metal composite oxide) ) Can be suitably used. Preferable examples include lithium transition metal oxides having a layered rock salt type or spinel type crystal structure. Such a lithium transition metal oxide is, for example, a lithium nickel composite oxide (eg, LiNiO 2 ), a lithium cobalt composite oxide (eg, LiCoO 2 ), a lithium manganese composite oxide (eg, LiMn 2 O 4 ), or lithium. A ternary lithium-containing composite oxide such as a nickel cobalt manganese composite oxide (eg, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ). In addition, a polyanionic compound having a general formula represented by LiMPO 4, LiMVO 4, or Li 2 MSiO 4 (wherein M is at least one element of Co, Ni, Mn, and Fe) is used as the positive electrode. It may be used as an active material.
導電材は、一般的な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、その例としては、カーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が挙げられる。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック(例、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)、グラファイト粉末等のカーボン粉末を用いることができる。カーボン粉末として好ましくは、アセチレンブラック(AB)である。このような導電材は、一種を単独で、または二種以上を適宜組み合わせて用いることができる。 The conductive material may be any material that is used in a general lithium ion secondary battery, and examples thereof include carbon materials such as carbon powder and carbon fiber. As the carbon powder, carbon powders such as various carbon blacks (eg, acetylene black, furnace black, ketjen black) and graphite powder can be used. The carbon powder is preferably acetylene black (AB). Such conductive materials can be used singly or in appropriate combination of two or more.
バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の正極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、正極活物質層54をペースト供給により形成する場合には、かかるペーストを構成する溶媒に均一に溶解または分散され得る性状のポリマーをバインダとして用いることができる。非水性のペーストを用いる場合には、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など、有機溶媒に溶解するポリマー材料を用いることができる。また、水性のペーストを用いる場合には、水溶性のポリマー材料または水分散性のポリマー材料を好ましく採用し得る。その例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等が挙げられる。
As a binder, the thing similar to the binder used for the positive electrode of a general lithium ion secondary battery can be employ | adopted suitably. For example, when the positive electrode
上記の正極活物質層54を構成する材料を分散させる溶媒としては、使用するバインダの性状に応じたものであれば水性溶媒および非水性溶媒(有機溶媒)のいずれもが使用可能である。例えば、水性溶媒としては、水または水を主体とする混合溶媒を用いることができる。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒(例、低級アルコール、低級ケトン)の1種または2種以上を適宜選択して用いることができる。非水性溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を好適に用いることができる。
As the solvent for dispersing the material constituting the positive electrode
図1および図2に示すように、負極シート60は、典型的には、長尺な負極集電体62と、負極集電体62上に設けられた負極活物質層64とを備えている。負極集電体62には、負極活物質層64が形成される部位と、負極活物質層64が設けられずに負極集電体62が露出される負極活物質層非形成部66とが設けられている。この負極活物質層非形成部66は、負極集電体62の幅方向の一方の端部に設けられる。また、図2に示すように長尺方向の一方の端部において、負極シート60には、負極集電体62の全幅において負極活物質層64が形成されていない集電体露出部68が設けられている。つまり、長尺方向の一方の端部から長尺方向の所定の長さまでの領域において、その全面に負極活物質層64が設けられておらず、負極集電体62が露出している。この領域の長尺方向の一方の端部から長尺方向の所定の長さは、集電体露出部68を複数周捲回可能な長さである。なお、本実施形態では、負極集電体62の両面に負極活物質層64が設けられているが、負極活物質層64はいずれか一方の面にのみ設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
この負極活物質層64は、負極活物質を含んでいる。典型的には、負極活物質がバインダ(結着剤)により互いに結合されるとともに、負極集電体62に接合された形態であり得る。このような負極シート60は、例えば、負極活物質とバインダとを適当な溶媒(例、水やN−メチル−2−ピロリドン、好ましくは水)に分散させてなる負極ペーストを負極集電体62の表面に供給した後、乾燥して溶媒を除去することにより作製することができる。負極集電体62としては、導電性の良好な金属(例、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼)からなる導電性部材(典型的には銅箔)を好適に使用することができる。
The negative electrode
負極活物質としては特に制限されず、一般的なリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用されている各種の材料の1種を単独で、または2種以上を組み合わせる(混合または複合体化する)等して用いることができる。好適例として、黒鉛(グラファイト)、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)、カーボンナノチューブ、或いはこれらを組み合わせた構造を有するもの等の炭素材料が挙げられる。なかでも、エネルギー密度の観点から、天然黒鉛(石墨)や人造黒鉛等の黒鉛系材料を好ましく用いることができる。かかる黒鉛系材料は、少なくとも一部の表面に非晶質炭素が配置されているものを好ましく用いることができる。また、かかる炭素系材料のほかに、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化物等の、リチウム遷移金属複合酸化物を用いることもできる。 The negative electrode active material is not particularly limited, and one of various materials used as a negative electrode active material of a general lithium ion secondary battery is used alone, or two or more types are combined (mixed or composited). ) And the like. Preferable examples include carbon materials such as graphite (graphite), non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), carbon nanotubes, or a combination of these. Among these, from the viewpoint of energy density, graphite-based materials such as natural graphite (graphite) and artificial graphite can be preferably used. As such a graphite-based material, a material in which amorphous carbon is disposed on at least a part of the surface can be preferably used. In addition to the carbon-based material, lithium transition metal composite oxides such as lithium titanium composite oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 and lithium transition metal composite nitrides can be used.
バインダとしては、一般的なリチウムイオン二次電池の負極に使用されるバインダと同様のものを適宜採用することができる。例えば、正極シート60におけるのと同様のバインダを用いることができる。そして好ましい形態として、負極活物質層64を形成するために上記の水性溶媒を用いる場合には、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)、酢酸ビニル共重合体等の水溶性のポリマー材料または水分散性のポリマー材料が採用される。より好ましくはSBRが用いられる。負極活物質の分散媒としては、水性溶媒を好ましく用いることができる。
As a binder, 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, the same binder as in the
また、負極活物質層64の形成方法によっては、増粘剤を含み得る。かかる増粘剤としては、上記のバインダと同様のものを用いても良いし、例えば、以下の水溶性のポリマーまたは水分散性のポリマーを採用してもよい。水溶性のポリマーとしては、例えば、メチルセルロース(MC)、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、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。
Moreover, depending on the formation method of the negative electrode
正極シート50および負極シート60間に介在されるセパレータ70は、通常2枚使用される。セパレータ70は、正極活物質層54と負極活物質層64とを絶縁するとともに非水電解質の保持機能やシャットダウン機能を有するものであればよい。好適例として、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔質樹脂シート(フィルム)が挙げられる。適切なタイミングでシャットダウン機能を発揮させる観点から、ポリオレフィン系の多孔質樹脂シート(例えばPEやPP)が好ましい。
Two
セパレータは、単層構造であってもよく、あるいは材質や性状(厚みや空孔率等)の異なる2種以上の多孔質樹脂シートが積層された構造であってもよい。多層構造のものとしては、例えば、ポリエチレン(PE)層の両面にポリプロピレン(PP)層が積層された三層構造(すなわちPP/PE/PPの三層構造)のものが好適である。また、セパレータは、上記多孔質シートの片面または両面(典型的には片面)に多孔質の耐熱層を備えていてもよい。 The separator may have a single layer structure, or may have a structure in which two or more porous resin sheets having different materials and properties (such as thickness and porosity) are laminated. As the multilayer structure, for example, a three-layer structure in which a polypropylene (PP) layer is laminated on both sides of a polyethylene (PE) layer (that is, a three-layer structure of PP / PE / PP) is suitable. The separator may include a porous heat-resistant layer on one or both surfaces (typically one surface) of the porous sheet.
次に捲回電極体20の積層形態について説明する。捲回電極体20においては、正極シート50、負極シート60およびセパレータ70が、集電体露出部68の少なくとも一部が正極シート50およびセパレータ70との重なりがないまま残るように、積層されている。本実施形態では、図2に示すように、負極シート60の負極活物質層64が形成された領域において、負極シート60と正極シートとセパレータ70が積層されている。一方で、負極シート60の集電体露出部68は、正極シートおよびセパレータ70とは重なっておらず、正極シート50、負極シート60およびセパレータ70の積層部分から突出して露出した状態にある。また、図1に示すように、正極シート50と負極シート60は、幅方向でややずらして積層されて、正極シート50の正極活物質層非形成部56と負極シート60の負極活物質層非形成部66とが、セパレータ70の幅方向において互いに反対側にはみ出るようになっている。
Next, the laminated form of the
次に捲回電極体の捲回状態について説明する。図3に示すように、捲回電極体20では、負極シート60の集電体露出部68を捲き始め部分とし、捲回電極体20の最内周部22において集電体露出部68のみが複数周捲回されている。集電体露出部68は、捲回耐20の最内周部において、2〜15周捲回されることが好ましく、3〜10周捲回されることがより好ましい。当該最内周部22の外側の外周部24において、正極シート50、セパレータ70および負極シート60の積層部分が捲回されている。捲回は、正極シート50、負極シート60およびセパレータ70の長尺方向に直交する幅方向を倦回軸としてなされている。捲回電極体20は、押しつぶして拉げさせることによって、扁平形状とすることが好ましい。
Next, the wound state of the wound electrode body will be described. As shown in FIG. 3, in the
図1および図3に示すように、捲回電極体20は、正極シート50、負極シート60およびセパレータ70が重なり合った捲回コア部26を有している。図3に示すように、集電体露出部68は捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、正極シート50および負極シート60は、正極活物質層非形成部56および負極活物質層非形成部56がそれぞれ、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
捲回電極体20の捲回軸方向の一方の端部には、重なり合うように突出した正極活物質層非形成部56がまとめられて相互に接触する正極集電部59が形成されている。また、捲回電極体20の捲回軸方向の他方の端部には、重なり合うように突出した集電体露出部68の端部および重なり合うように突出した負極活物質層非形成部66がまとめられて相互に接触する負極集電部69が形成されている。捲回電極体20の最内周部22において集電体露出部68のみが複数周捲回されているため、負極集電部69において、集電体露出部68の端部は、複数重なりあっている。なお、図3は模式的に描かれた図であり、捲回電極体20の実際の捲回回数を正確に表すものではない。
At one end of the
図4に、負極集電部69近傍の構造を模式的に示す。捲回電極体20の最内周部22において、集電体露出部68が複数重なっている。最内周部22の外周側(最内周部22に続く外周)にはセパレータ70を挟んで負極シート60が位置している。集電体露出部68は、負極シート60の端部に設けられているものであるため、負極シート60の一部である。このように、負極シート60の集電体露出部68から構成される最内周部22の外周側に、セパレータ70を挟んで負極シート60が位置している場合には、このセパレータ70に破損が起きた場合であっても、集電体露出部68と負極シート60は同じ電位を有するため、集電体露出部68と負極シート60とが接触しても問題が起きることがなく、リチウムイオン二次電池100の安全性を確保することができる。
FIG. 4 schematically shows the structure in the vicinity of the negative electrode
また、図4において、負極シート60の集電体露出部68は、捲回電極体20の最内周部22から捲回電極体20の外部方向に向かって伸長し、負極シート60の負極活物質層非形成部66と集電体露出部68の端部が、負極集電部69においてまとめられている。負極集電部69において、集電体露出部68の端部は、複数重なり合っている。このようにして、捲回電極体20において、複数重なり合った集電体露出部68により捲回電極体20の内部から外部に向けて熱伝導パスが形成されている。即ち、捲回電極体20の最内周部22において、集電体露出部68が複数周捲回されることによって、十分な体積を有する熱伝導体の役割を果たし、捲回電極体20の内周部で発生した熱を効率よく外部に排出することができ、捲回電極体20の内周部と外周部との温度差を十分に緩和することができる。
In FIG. 4, the current collector exposed
なお、本実施形態においては、負極シートが集電体露出部を有している。しかしながら、正極シートが集電体露出部を有する態様とすることも可能である。正極シートが集電体露出部を有する態様は、正極シートが集電体露出部を有し、負極シートが集電体露出部を有しない以外は上記と同様の構成である。このような態様においては、捲回電極体においては、重なり合うように突出した集電体露出部の端部および重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成される。ここで、一般的に負極集電体には、正極集電体よりも熱伝導性の良い材料が使用される(一般的には、負極集電体には銅箔が、正極集電体にはアルミ箔が用いられる)。よって、捲回電極体発熱時に捲回電極体の内周部の熱を効率よく排出する観点からは、負極シートが集電体露出部を有することが好ましい。 In the present embodiment, the negative electrode sheet has a current collector exposed portion. However, it is also possible for the positive electrode sheet to have a current collector exposed portion. The aspect in which the positive electrode sheet has a current collector exposed portion is the same as the above except that the positive electrode sheet has a current collector exposed portion and the negative electrode sheet does not have a current collector exposed portion. In such an embodiment, in the wound electrode body, the ends of the current collector exposed portions protruding so as to overlap with each other and the positive electrode active material layer non-forming portions protruding so as to overlap each other are gathered and contact each other. A negative electrode current collector part that is in contact with each other is formed by combining the electric part and the negative electrode active material layer non-forming part protruding so as to overlap. Here, generally, a material having better thermal conductivity than the positive electrode current collector is used for the negative electrode current collector (generally, a copper foil is used for the negative electrode current collector and a positive electrode current collector is used for the positive electrode current collector). Is aluminum foil). Therefore, it is preferable that the negative electrode sheet has a current collector exposed portion from the viewpoint of efficiently discharging the heat of the inner peripheral portion of the wound electrode body when the wound electrode body generates heat.
図1に示すように、捲回電極体20の正極集電部59に正極集電板42aが超音波溶接等により付設され、正極端子42と電気的に接続されている。また、捲回電極体20の負極集電部69に負極集電板44aが超音波溶接等により付設され、負極端子44と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, a positive electrode
リチウムイオン二次電池100の電池ケース30には、非水電解質(図示せず)が注入されている。非水電解質としては、典型的には、非水溶媒中に支持塩を溶解または分散させた非水電解液を採用し得る。
非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池において電解液として用いられるカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の各種の有機溶媒を特に制限なく用いることができる。その例としては、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)等が挙げられる。このような非水溶媒は、1種を単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種のものを適宜選択して採用することができる。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4等のリチウム塩を用いることができる。このような支持塩は、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。かかる支持塩は、非水電解質における濃度が0.7mol/L〜1.3mol/Lの範囲内となるように添加することが好ましい。
A non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the
As the non-aqueous solvent, various organic solvents such as carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones that are used as electrolytes in general lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. it can. Examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and the like. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
As the supporting salt, various types used for general lithium ion secondary batteries can be appropriately selected and employed. For example, lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 can be used. Such supporting salts may be used singly or in combination of two or more. Such a supporting salt is preferably added so that the concentration in the non-aqueous electrolyte is within the range of 0.7 mol / L to 1.3 mol / L.
リチウムイオン二次電池100に関し、従来の捲回電極体の製造方法に対して、活物質層を塗工する位置と、正極シート50、負極シート60およびセパレータ70を積層させる位置を変えるだけで、捲回電極体20を製造することができる。よって、リチウムイオン二次電池100は、煩雑なプロセスを追加することなく容易に製造することができるものである。
With respect to the lithium ion
リチウムイオン二次電池100は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池100は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。
The lithium ion
以下、本発明に関する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。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
<例1>
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=92:5:3の質量比でNMPと混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、アルミニウム箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより、正極活物質層を有する正極シートを作製した。正極シートには、幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部が設けられるようにした。
また、負極活物質としての黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状の銅箔の両面に、銅箔の長尺方向の端部より離れた位置から帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより、負極シートを作製した。負極シートには、長尺方向の一方の端部において、集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられており、且つ幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部が設けられるようにした。
また、2枚の長尺状のセパレータシート(多孔性ポリオレフィンシート)を用意した。
<Example 1>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are LNCM: AB: PVdF = 92: 5: 3 was mixed with NMP to prepare a positive electrode active material layer forming slurry. The slurry was applied to both sides of the aluminum foil in a strip shape, dried, and then pressed to prepare a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer. The positive electrode sheet was provided with a positive electrode active material layer non-formation part in which the positive electrode active material layer was not formed along the longitudinal direction at one end in the width direction.
Further, graphite (C) as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener have a mass of C: SBR: CMC = 98: 1: 1. The slurry for negative electrode active material layer formation was prepared by mixing with ion exchange water in a ratio. The slurry was applied to both sides of the long copper foil in a strip shape from a position away from the end in the long direction of the copper foil, dried, and then pressed to prepare a negative electrode sheet. The negative electrode sheet is provided with a current collector exposed portion in which an active material layer is not formed over the entire width of the current collector at one end in the longitudinal direction, and is long at one end in the width direction. A negative electrode active material layer non-forming portion in which no negative electrode active material layer is formed is provided along the scale direction.
In addition, two long separator sheets (porous polyolefin sheets) were prepared.
作製した正極シートと負極シートと用意した2枚のセパレータシートとを、図2に示されるように、負極シートの集電体露出部を残しつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部とがセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせた後、捲回して捲回電極体を作製した。このとき、正極と負極との間にセパレータが介在するようにした。また、捲き始めにおいて集電体露出部が複数周捲回されるようにした。
作製した捲回電極体に、図3に示すように集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図4に示す構造と同様の構造とした。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。
As shown in FIG. 2, the prepared positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the prepared two separator sheets, while leaving the current collector exposed portion of the negative electrode sheet, the positive electrode active material layer non-forming portion and the negative electrode active material layer After overlapping so that the non-formed part protrudes on the opposite side in the width direction of the separator, it was wound to produce a wound electrode body. At this time, a separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode. In addition, the current collector exposed portion is wound around a plurality of times at the beginning of rolling.
The produced wound electrode body was provided with a current collector as shown in FIG. 3, and a positive electrode terminal and a negative electrode terminal were electrically connected to the wound electrode body. The structure in the vicinity of the negative electrode current collector was the same as that shown in FIG.
The wound electrode body was accommodated in a battery case having an injection port.
続いて、電池ケースの注入口から非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例1に係るリチウムイオン二次電池を作製した。なお、非水電解液には、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)とをEC:DMC:EMC=1:1:1の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPF6を1.0mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。 Subsequently, a non-aqueous electrolyte was injected from the inlet of the battery case, and the inlet was hermetically sealed to produce a lithium ion secondary battery according to Example 1. The non-aqueous electrolyte is supported by a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of EC: DMC: EMC = 1: 1: 1. of LiPF 6 as a salt were used as dissolved at a concentration of 1.0 mol / L.
<例2>
正極シートを、例1と同様の方法で作製した。
負極シートを、例1で用いたのと同じ負極活物質層形成用スラリーを長尺状の銅箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより作製した。負極シートには、幅方向の一方の端部に長尺方向に沿って負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部が設けられるようにした。すなわち、例2では、例1とは異なり、負極シートに集電体露出部を設けなかった。
また、2枚の長尺状のセパレータシート(多孔性ポリオレフィンシート)を用意した。
<Example 2>
A positive electrode sheet was produced in the same manner as in Example 1.
The negative electrode sheet was produced by applying the same slurry for forming a negative electrode active material layer as used in Example 1 to both sides of a long copper foil in a belt shape, drying it, and then pressing it. The negative electrode sheet was provided with a negative electrode active material layer non-formation part in which the negative electrode active material layer was not formed along the longitudinal direction at one end in the width direction. That is, in Example 2, unlike Example 1, the negative electrode sheet was not provided with the current collector exposed portion.
In addition, two long separator sheets (porous polyolefin sheets) were prepared.
作製した正極シートと負極シートと用意した2枚のセパレータシートとを、それぞれの長尺方向の端部の位置を揃えつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部とがセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせ、捲回して捲回電極体を作製した。このとき、正極と負極との間にセパレータが介在するようにした。
作製した捲回電極体に、重なり合った正極活物質層非形成部および重なり合った負極活物質層形成部がそれぞれまとめられた集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図5に示す構造を有していた。即ち、正極シート501、負極シート601およびセパレータ701の積層体が捲回されており、正極シート501、負極シート601およびセパレータ701の積層部分から突出した負極活物質層非形成部661がまとめられて集電部691が形成されていた。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から例1で用いたのと同じ非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例2に係るリチウムイオン液二次電池を作製した。
The prepared positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and two prepared separator sheets are aligned with the positions of the ends in the longitudinal direction, and the positive electrode active material layer non-formation part and the negative electrode active material layer non-formation part are separated. The wound electrode body was manufactured by overlapping and winding so as to protrude on the opposite sides in the width direction. At this time, a separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The prepared wound electrode body is provided with a current collecting part in which the overlapping positive electrode active material layer non-forming part and the overlapping negative electrode active material layer forming part are combined, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are electrically connected to the wound electrode body. Connected. The structure in the vicinity of the negative electrode current collector had the structure shown in FIG. That is, the laminate of the
The wound electrode body was accommodated in a battery case having an injection port. Subsequently, the same nonaqueous electrolytic solution as used in Example 1 was injected from the injection port of the battery case, and the injection port was hermetically sealed to produce a lithium ion liquid secondary battery according to Example 2.
<例3>
正極シートを、例1と同様の方法で作製した。
負極シートを、例2と同様の方法で作製した。
また、2枚の長尺状のセパレータシート(多孔性ポリオレフィンシート)を用意した。
さらに、金属製の軸心を用意した。軸心には、負極シートの幅を超えない長さのものを選んだ。
<Example 3>
A positive electrode sheet was produced in the same manner as in Example 1.
A negative electrode sheet was produced in the same manner as in Example 2.
In addition, two long separator sheets (porous polyolefin sheets) were prepared.
Furthermore, a metal shaft center was prepared. A shaft with a length not exceeding the width of the negative electrode sheet was selected.
作製した正極シートと負極シートと用意した2枚のセパレータシートとを、それぞれの長尺方向の端部の位置を揃えつつ、正極活物質層非形成部と負極活物質層非形成部がセパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ね合わせ、これを軸心の周りに捲きつけて、捲回電極体を作製した。このとき、捲回電極体の最内周にある負極シートの負極活物質層非形成部を、軸心に溶接により接合した。
作製した捲回電極体に、重なり合った正極活物質層非形成部および重なり合った負極活物質層形成部がそれぞれまとめられた集電部を設け、捲回電極体に、正極端子および負極端子を電気的に接続した。負極集電部近傍の構造は、図6に示す構造を有していた。即ち、正極シート502、負極シート602およびセパレータ702の積層体が、金属製の軸心802の周りに捲回されており、正極シート502、負極シート602およびセパレータ702の積層部分から突出した負極活物質層非形成部662が、金属製の軸心802と共にまとめられて集電部692が形成されていた。金属製の軸心802は、捲回電極体の内部から外部に向かって負極集電部692まで伸長していた。
そして捲回電極体を、注入口を有する電池ケースに収容した。続いて、電池ケースの注液口から例1で用いたのと同じ非水電解液を注入し、当該注入口を気密に封止して例3に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
The prepared positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the two prepared separator sheets are aligned with the positions of the end portions in the longitudinal direction, and the positive electrode active material layer non-forming portion and the negative electrode active material layer non-forming portion are the separators. The stacked electrode bodies were produced by superimposing them so as to protrude on opposite sides in the width direction, and winding them around the axis. At this time, the negative electrode active material layer non-formation part of the negative electrode sheet in the innermost periphery of the wound electrode body was joined to the shaft center by welding.
The prepared wound electrode body is provided with a current collecting part in which the overlapping positive electrode active material layer non-forming part and the overlapping negative electrode active material layer forming part are combined, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are electrically connected to the wound electrode body. Connected. The structure near the negative electrode current collector had the structure shown in FIG. That is, a laminate of the
The wound electrode body was accommodated in a battery case having an injection port. Subsequently, the same nonaqueous electrolytic solution as used in Example 1 was injected from the injection port of the battery case, and the injection port was hermetically sealed to produce a lithium ion secondary battery according to Example 3.
<過充電時の電池の温度測定>
例1〜3に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の最内周部と最外周部に温度センサ(熱電対)を取り付けた。また、例1〜3に係るリチウムイオン二次電池の電池ケースに温度センサを取り付けた。
例1〜3に係るリチウムイオン二次電池を25℃の温度環境下において、SOC(State of Charge)100%の満充電とした。その後、1Cの定電流でSOC160%になるまで連続的に充電し、捲回電極体の最内周部と最外周部の温度差(電極体内外温度差)、および電池ケースの温度を測定した。結果を図7に示す。
<Measurement of battery temperature during overcharge>
Temperature sensors (thermocouples) were attached to the innermost and outermost circumferences of the wound electrode bodies of the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3. Moreover, the temperature sensor was attached to the battery case of the lithium ion secondary battery which concerns on Examples 1-3.
The lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 3 were fully charged with SOC (State of Charge) 100% in a temperature environment of 25 ° C. Thereafter, the battery was continuously charged at a constant current of 1 C until the SOC reached 160%, and the temperature difference between the innermost and outermost parts of the wound electrode body (temperature difference between the inside and outside of the electrode) and the temperature of the battery case were measured. . The results are shown in FIG.
例1に係るリチウムイオン二次電池は、捲回電極体の最内周部において銅箔を複数周捲回させることにより、捲回電極体内部で発生する熱を放熱する熱伝導パスを形成したものであり、例2に係るリチウムイオン二次電池は、捲回電極体の中心部に金属製の軸心を導入することにより熱伝導パスを形成したものである。例3に係るリチウムイオン二次電池には、捲回電極体内部で発生する熱を放熱する特別な手段は設けられていない。
図7に示すように、例3に係るリチウムイオン二次電池に比べ、例1に係るリチウムイオン二次電池および例2に係るリチウムイオン二次電池では、捲回電極体内周部と外周部との温度差が小さくなることが確認された。また、捲回電極体内周部と外周部との温度差は、例1に係るリチウムイオン二次電池の方が、例2に係るリチウムイオン二次電池よりも小さかった。
また、例3に係るリチウムイオン二次電池に比べ、例1に係るリチウムイオン二次電池および例2に係るリチウムイオン二次電池では、過充電時の電池ケース温度の低下が確認された。また、電池ケース温度の低下は、例1に係るリチウムイオン二次電池の方が、例2に係るリチウムイオン二次電池よりも小さかった。
In the lithium ion secondary battery according to Example 1, a heat conduction path for radiating heat generated inside the wound electrode body was formed by winding a plurality of copper foils around the innermost peripheral portion of the wound electrode body. In the lithium ion secondary battery according to Example 2, a heat conduction path is formed by introducing a metal shaft center into the center of the wound electrode body. The lithium ion secondary battery according to Example 3 is not provided with a special means for radiating heat generated inside the wound electrode body.
As shown in FIG. 7, compared with the lithium ion secondary battery according to Example 3, the lithium ion secondary battery according to Example 1 and the lithium ion secondary battery according to Example 2 It was confirmed that the temperature difference of In addition, the temperature difference between the inner periphery and the outer periphery of the wound electrode body was smaller in the lithium ion secondary battery according to Example 1 than in the lithium ion secondary battery according to Example 2.
Moreover, compared with the lithium ion secondary battery which concerns on Example 3, in the lithium ion secondary battery which concerns on Example 1, and the lithium ion secondary battery which concerns on Example 2, the fall of the battery case temperature at the time of overcharge was confirmed. In addition, the decrease in battery case temperature was smaller in the lithium ion secondary battery according to Example 1 than in the lithium ion secondary battery according to Example 2.
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、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
20 捲回電極体
30 電池ケース
32 電池ケース本体
34 蓋体
36 安全弁
42 正極端子
42a 正極集電板
44 負極端子
44a 負極集電板
50 正極
52 正極集電体
54 正極活物質層
56 正極活物質層非形成部
60 負極
62 負極集電体
64 負極活物質層
66 負極活物質層非形成部
70 セパレータ
100 リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記正極シートは、前記正極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記正極活物質層が形成されていない正極活物質層非形成部を有しており、
前記負極シートは、前記負極集電体の長尺方向に直交する方向である幅方向の一方の端部に該長尺方向に沿って前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部を有しており、
前記正極シートと前記負極シートのいずれか一方の電極シートには、当該電極シートの長尺方向の一方の端部において、前記集電体の全幅において活物質層が形成されていない集電体露出部が設けられており、
前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが、前記一方の電極シートの前記集電体露出部の少なくとも一部を、他方の電極シートおよびセパレータとの重なりがないまま残して、前記正極シートの前記正極活物質層非形成部と前記負極シートの前記負極活物質層非形成部とが、前記セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように積層されているものであって、前記集電体露出部を捲き始め部分とし、前記捲回電極体の最内周部において前記集電体露出部のみが複数周捲回され、当該最内周部より外周において、前記正極シート、前記セパレータおよび前記負極シートの積層部分が捲回されているものであり、
前記捲回電極体は、前記正極シート、前記負極シートおよび前記セパレータが重なり合った捲回コア部を有し、前記集電体露出部の捲回軸方向の一方の端部が、前記捲回コア部から重なり合うように突出しており、また、前記正極シートおよび前記負極シートは、前記正極活物質層非形成部および前記負極活物質層非形成部がそれぞれ、前記捲回コア部から、捲回軸方向の一方の端部と他方の端部にわかれて重なり合うように突出しており、
前記正極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、前記負極シートが前記集電体露出部を備える場合には、前記重なり合うように突出した正極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する正極集電部、ならびに前記重なり合うように突出した前記集電体露出部の端部および前記重なり合うように突出した負極活物質層非形成部がまとめられて相互に接触する負極集電部が形成されており、当該集電部において、前記集電体露出部の端部は、複数重なりあっている、
リチウムイオン二次電池。 A positive electrode sheet having a positive electrode active material layer on a long positive electrode current collector, a negative electrode sheet having a negative electrode active material layer on a long negative electrode current collector, and interposed between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet A lithium ion secondary battery comprising a wound electrode body formed by laminating and winding a separator,
The positive electrode sheet has a positive electrode active material layer in which the positive electrode active material layer is not formed at one end in the width direction, which is a direction orthogonal to the long direction of the positive electrode current collector, along the long direction. Has a forming part,
The negative electrode sheet has a negative electrode active material layer in which the negative electrode active material layer is not formed at one end in the width direction, which is a direction orthogonal to the long direction of the negative electrode current collector, along the long direction. Has a forming part,
On one electrode sheet of either the positive electrode sheet or the negative electrode sheet, a current collector exposure in which an active material layer is not formed over the entire width of the current collector at one end in the longitudinal direction of the electrode sheet. Part is provided,
In the wound electrode body, the positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the separator leave at least a part of the current collector exposed portion of the one electrode sheet without overlapping with the other electrode sheet and separator. The positive electrode active material layer non-formed part of the positive electrode sheet and the negative electrode active material layer non-formed part of the negative electrode sheet are laminated so as to protrude on opposite sides in the width direction of the separator. The current collector exposed portion is a winding start portion, and only the current collector exposed portion is wound around the innermost peripheral portion of the wound electrode body, and the positive electrode is disposed on the outer periphery from the innermost peripheral portion. The laminated portion of the sheet, the separator and the negative electrode sheet is wound,
The wound electrode body has a wound core portion in which the positive electrode sheet, the negative electrode sheet, and the separator overlap each other, and one end portion of the current collector exposed portion in the winding axis direction is the wound core. The positive electrode sheet and the negative electrode sheet protrude from the winding core portion from the winding core portion, and the positive electrode sheet and the negative electrode sheet are respectively wound from the winding core portion. Protruding so as to overlap one end and the other end of the direction,
When the positive electrode sheet includes the current collector exposed portion, the end portion of the current collector exposed portion protruding so as to overlap and the positive electrode active material layer non-forming portion protruding so as to overlap each other are gathered together. And the negative electrode active material layer non-forming part protruding so as to overlap with each other to form a negative electrode current collector that is in contact with each other, and the negative electrode sheet is exposed to the current collector The positive electrode active material layer non-forming portions protruding so as to overlap each other, and the positive electrode current collectors contacting each other, and the end portions of the current collector exposed portions protruding so as to overlap with each other, and The negative electrode active material layer non-forming portions protruding so as to overlap with each other are formed to form a negative electrode current collector portion that is in contact with each other, and in the current collector portion, a plurality of end portions of the current collector exposed portion are provided. We have each other now,
Lithium ion secondary battery.
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- 2015-07-24 JP JP2015146660A patent/JP2017027837A/en active Pending
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