JP2017208365A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
正極芯体上に正極合剤層が形成された正極板と、
負極芯体上に負極合剤層が形成された負極板と、
前記正極板及び前記負極板がセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で偏平状に巻回された偏平状の巻回電極体と、
非水電解液と
外装体とを備え、
前記偏平状の巻回電極体の一方の端部には巻回された正極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体の他方の端部には巻回された負極芯体露出部が形成され、
前記巻回された正極芯体露出部は収束されて正極集電体が接続され、
前記巻回された負極芯体露出部は収束されて負極集電体が接続され、
前記外装体内の圧力の上昇により作動し前記正極板と前記負極板を電気的に短絡させる圧力感応式の強制短絡機構が前記巻回電極体の外部に設けられており、
前記正極合剤層内には炭酸リチウムが含有されており、
前記正極芯体露出部の少なくとも一方の面には、前記セパレータと対向する位置であって、前記正極合剤層との境界に沿って多孔質の保護層が形成されている、
非水電解質二次電池が提供される。
最初に、実施形態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。この偏平状の巻回電極体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。
ている。
料からなる基体に負極用導電部材31が複数個、ここでは2個が保持されている。負極用導電部材31は、例えば円柱状のものが用いられ、それぞれ積層された負極芯体露出部16と対向する側に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起が形成されている。
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、質量比で88:9:3となるように秤量し、さらに、これらの全量に対して炭酸リチウムが1質量%となるように混合し、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と混合して正極合剤スラリーを調製した。
の吐出口近傍において正極合剤スラリー及び保護層スラリーを合流させ塗布を行い、正極合剤層11aと、黒鉛を含む多孔質アルミナ層からなる保護層11b(例えば幅7mm)とを形成した。ただし、正極芯体の長手方向に沿う一方の端部(両面ともに同一方向の端部)にはスラリーを塗布せず、その正極芯体を露出させて、正極芯体露出部15を形成した。次いで、乾燥して分散媒としての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、得られた極板を予め定めた所定寸法に切り出した。
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合剤スラリーを調製した。この負極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負極芯体の長手方向に沿う一方の端部(両面ともに同一方向の端部)にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させて、負極芯体露出部16を形成した。次いで、乾燥し、ロールプレスによって所定厚さとなるように圧縮し、得られた極板を予め定めた所定寸法に切り出し、実施形態及び比較例に共通して使用する負極板12を作製した。このようにして作製された負極板12の構成は、図3Bに示したとおりである。
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、さらに全非水電解質質量に対してビニレンカーボネート(VC)を0.3質量%添加したものを用いた。
上述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。
比較例の非水電解質二次電池の具体的構成を図5及び図6を用いて説明する。比較例の非水電解質二次電池の具体的構成は、正極板の構成を除いて実質的に実施形態の非水電解質二次電池10と同様である。そこで、適宜図1及び図2を援用するとともに、実施形態の非水電解質二次電池と同一の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
一方側の端部のみに形成し、この方側の端部にのみ保護層11bを形成した例を示したが、正極芯体露出部を正極板11の幅方向の両側に形成し、正極芯体露出部にそれぞれ保護層を形成してもよい。
上記実施形態では、正極合剤層に炭酸リチウムを含有させる形態について説明した。第2の発明は、正極合剤層に炭酸リチウムを含有させる代わりに、保護層に炭酸リチウムを含有させるものである。この場合、保護層は導電性を有し、且つ正極芯体よりも導電性が低いものとする。
正極芯体上に正極合剤層が形成された正極板と、
負極芯体上に負極合剤層が形成された負極板と、
前記正極板に電気的に接続された正極端子と、
前記負極板に電気的に接続された負極端子と、
前記正極板及び前記負極板がセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で偏平状に巻回された偏平状の巻回電極体と、
非水電解液と
外装体とを備え、
前記偏平状の巻回電極体の一方の端部には巻回された正極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体の他方の端部には巻回された負極芯体露出部が形成され、
前記巻回された正極芯体露出部は収束されて正極集電体が接続され、
前記巻回された負極芯体露出部は収束されて負極集電体が接続され、
前記正極板と前記正極端子の間の導電経路及び前記負極板と前記負極端子の間の導電経路の少なくとも一方には圧力感応式の電流遮断機構が設けられており、
前記正極芯体露出部の少なくとも一方の面には、前記セパレータと対向する位置であって、前記正極合剤層との境界に沿って炭酸リチウムを含有する半導電性保護層が形成されている。
ガスが発生する形態よりも偏平状の巻回電極体内に滞留し難く、炭酸ガスが偏平状の巻回電極体の外部へ流通し易くなる。したがって、正、負極間のガスの滞留による反応の不均一化を抑制し、より安全に圧力感応式の電流遮断機構を作動させることができるようになり、過充電時の安全性が非常に良好となる。
半導電性保護層は、アルミナ、二酸化ケイ素及び酸化チタンから選択された少なくとも1種と黒鉛との混合物の微粒子を含むことが好ましい。
半導電性保護層は、対向配置されるセパレータに被覆されない領域が生じるように形成されていることが好ましい。半導電性保護層の幅を対向配置されるセパレータによって半導電性保護層の表面の全てが被覆されない範囲とすると、常時正極合剤層と偏平状の巻回電極体の外部との間の通気性は良好に確保される。そのため、非水電解質二次電池が過充電状態となって半導電性保護層内で炭酸リチウムが分解して炭酸ガスが発生した場合、この炭酸ガスは半導電性保護層内を通って偏平状の巻回電極体の外部へ抜け易くなる。
半導電性保護層中の炭酸リチウム量は正極合剤層中の正極活物質の総質量に対して0.1質量%以上5質量%以下であることが好ましい。
炭酸リチウムを添加しないことを除いては、上記実施形態と同様の方法で正極合剤スラリーを作製する。
アルミナ粉末、導電剤としての黒鉛、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)と、炭酸リチウムと、溶剤としてのN−メチルピロリドン(NMP)を、アルミナ粉末:黒鉛:炭酸リチウム:PVdFの質量比が82:3:1:14となるように混練し、半導電性保護層スラリーとする。
にのみ半導電性保護層を形成してもよい。また、正極芯体露出部を正極板の幅方向の両側に形成し、正極芯体露出部にそれぞれ半導電性保護層を形成してもよい。
を有し、この弁部51の外側に負極板12に電気的に接続された板状の導電部材52を配置する。弁部51は金属製であり、封口体23に一体的に形成されていてもよい。また、封口体23とは別体の弁部51を封口体23に接続してもよい。ここで、導電部材52は負極端子20に接続されており、負極集電体19を介して負極板12に電気的に接続されている。なお、導電部材52、負極端子20及び負極集電体19は絶縁部材22により封口体23とは電気的に絶縁されている。
11b…保護層 12…負極板 12a…負極合剤層
13…セパレータ 14、14A…偏平状の巻回電極体 15…正極芯体露出部
15a…溶接痕 16…負極芯体露出部 17…正極集電体
18…正極端子 19…負極集電体 20…負極端子
21、22…絶縁部材 23…封口体 24…絶縁シート
25…角形外装体 26…電解液注液口 27…電流遮断機構
28…ガス排出弁 29…正極用導電部材 30…正極用中間部材
31…負極用導電部材 32…負極用中間部材 33、34…溶接跡
50…強制短絡機構 51…弁部 52…導電部材
Claims (10)
- 正極芯体上に正極合剤層が形成された正極板と、
負極芯体上に負極合剤層が形成された負極板と、
前記正極板及び前記負極板がセパレータを挟んで互いに絶縁された状態で偏平状に巻回された偏平状の巻回電極体と、
非水電解液と
外装体とを備え、
前記偏平状の巻回電極体の一方の端部には巻回された正極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体の他方の端部には巻回された負極芯体露出部が形成され、
前記巻回された正極芯体露出部は収束されて正極集電体が接続され、
前記巻回された負極芯体露出部は収束されて負極集電体が接続され、
前記外装体内の圧力の上昇により作動し前記正極板と前記負極板を電気的に短絡させる圧力感応式の強制短絡機構が前記巻回電極体の外部に設けられており、前記正極合剤層内には炭酸リチウムが含有されており、
前記正極芯体露出部の少なくとも一方の面には、前記セパレータと対向する位置であって、前記正極合剤層との境界に沿って多孔質の保護層が形成されている、
非水電解質二次電池。 - 前記保護層は、厚さが前記正極合剤層の厚さ以下とされている、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、前記正極合剤層に隣接して設けられている、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、前記正極合剤層から離間した位置に設けられている、請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、アルミナ粒子及び黒鉛粒子の少なくとも1種を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、対向配置される前記セパレータに被覆されない領域が生じるように形成されている、請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極合剤層中の炭酸リチウム濃度は前記正極合剤質量に対して0.1質量%以上5質量%以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記外装体は角形である、請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、導電性を有し、且つ、前記正極芯体よりも導電性が低い保護層であり、前記保護層は、炭酸リチウムを含む請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記保護層は、アルミナ、シリカ、チタニア及びジルコニアから選択される少なくとも1種、バインダー及び炭素材料を含む請求項9に記載の非水電解質二次電池。
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