JP2023134035A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、非水電解質二次電池に関する。 The present disclosure relates to non-aqueous electrolyte secondary batteries.
従来から、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した電極体と、電極体及び電解液を収容した外装缶とを備える非水電解質二次電池が知られている。近年、電気自動車等に使用する二次電池の高容量化が進んでおり、二次電池の高容量化に伴って、電池が内部短絡した際に発生する熱量が大きくなっている。このため、内部短絡発生のリスクの低減が求められている。電池の正極板では、正極芯体の表面が露出した露出面が形成され、その露出面に集電用の正極タブが接合されている。 BACKGROUND ART Nonaqueous electrolyte secondary batteries have been known that include an electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound together with a separator interposed therebetween, and an outer can containing the electrode body and an electrolyte. In recent years, the capacity of secondary batteries used in electric vehicles and the like has been increasing, and as the capacity of secondary batteries increases, the amount of heat generated when the battery is short-circuited internally is increasing. Therefore, there is a need to reduce the risk of internal short circuits. The positive electrode plate of the battery has an exposed surface where the surface of the positive electrode core body is exposed, and a positive electrode tab for current collection is bonded to the exposed surface.
特許文献1には、絶縁性の保護テープが正極タブと正極芯体の露出面とを覆って正極板に貼付されると共に、その保護テープが所定値以上の引張強度と所定値以上の突き刺し強度とを有することが記載されている。これにより、電池を立設した状態で測定ヘッドを電池の長手方向に押し付ける縦圧壊試験での電池の安全性が向上できるとされている。 Patent Document 1 discloses that an insulating protective tape is attached to a positive electrode plate while covering the positive electrode tab and the exposed surface of the positive electrode core, and that the protective tape has a tensile strength of a predetermined value or more and a puncture strength of a predetermined value or more. It is described that it has the following. This is said to improve the safety of the battery in a vertical crush test in which the measuring head is pressed in the longitudinal direction of the battery while the battery is standing upright.
特許文献2には、絶縁性の保護テープが正極タブと正極芯体の露出面とを覆って正極板に貼付されると共に、その保護テープの端部の段差に起因するセパレータの破断を防止するために、保護テープの端部に切り込みを入れることが記載されている。 Patent Document 2 discloses that an insulating protective tape is attached to the positive electrode plate while covering the positive electrode tab and the exposed surface of the positive electrode core, and prevents the separator from breaking due to a step at the end of the protective tape. For this reason, it is described that a notch should be made at the end of the protective tape.
しかしながら、特許文献1,2に開示された構成では、電池に外部から衝撃が加わった場合における衝撃吸収性能の向上と内部短絡の抑制の面から改良の余地がある。 However, in the configurations disclosed in Patent Documents 1 and 2, there is room for improvement in terms of improving shock absorption performance and suppressing internal short circuits when shock is applied to the battery from the outside.
本開示に係る非水電解質二次電池は、帯状の正極板と、帯状の負極板とが、セパレータを介して巻回された巻回型の電極体と、電極体を収容する外装缶と、を備え、正極板は、正極芯体と、正極芯体の表面に形成された正極合剤層と、正極芯体の極板長手方向の少なくとも一部に形成された正極芯体の露出面に接合され、正極芯体の極板短手方向一端から延出される正極タブと、正極タブのうち露出面に重ねられた部分と、露出面とを覆うように正極板に貼付された保護テープと、前記保護テープの外側に重なるように正極板に貼付された外側テープと、を含み、外側テープは、極板長手方向の両端部に、極板長手方向に延びる少なくとも1つの切れ目を有し、切れ目の中間が保護テープの極板長手方向両端に重なっている、非水電解質二次電池である。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present disclosure includes: a wound-type electrode body in which a strip-shaped positive electrode plate and a strip-shaped negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween; and an outer can housing the electrode body. The positive electrode plate includes a positive electrode core, a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode core, and a positive electrode mixture layer formed on the exposed surface of the positive electrode core formed on at least a portion of the positive electrode core in the longitudinal direction of the electrode plate. A positive electrode tab that is joined and extends from one end of the positive electrode core in the short direction of the electrode plate, a portion of the positive electrode tab that is overlapped with the exposed surface, and a protective tape that is affixed to the positive electrode plate so as to cover the exposed surface. , an outer tape attached to the positive electrode plate so as to overlap the outside of the protective tape, the outer tape having at least one cut extending in the longitudinal direction of the electrode plate at both ends in the longitudinal direction of the electrode plate, This is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the middle of the cut overlaps both ends of the protective tape in the longitudinal direction of the electrode plate.
本開示に係る非水電解質二次電池によれば、保護テープと外側テープとの重ね貼りによって、電池外部から衝撃が加わる場合における、正極板側からセパレータに加わる衝撃についての衝撃吸収性能を向上できる。また、外側テープに形成される切れ目の中間が保護テープの両端に重なっているので、両端部が電極体の変形に追従するように外側テープに柔軟性を持たせることができる。これにより、電池外部から衝撃が加わる場合に、セパレータに外側テープの角張った段差部分が押し付けられることを抑制できる。このため、セパレータの破断を抑制できるので、電池の内部短絡を抑制できる。 According to the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present disclosure, by overlapping the protective tape and the outer tape, it is possible to improve the shock absorption performance for shocks applied to the separator from the positive electrode plate side when shocks are applied from outside the battery. . Furthermore, since the middle of the cut formed in the outer tape overlaps both ends of the protective tape, the outer tape can be made flexible so that both ends follow the deformation of the electrode body. Thereby, when an impact is applied from outside the battery, it is possible to suppress the angular stepped portion of the outer tape from being pressed against the separator. Therefore, breakage of the separator can be suppressed, and internal short circuits of the battery can be suppressed.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、非水電解質二次電池の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、以下において「略」なる用語は、例えば、完全に同じである場合に加えて、実質的に同じとみなせる場合を含む意味で用いられる。さらに、以下において複数の実施形態、変形例が含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。 Embodiments according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific shapes, materials, numerical values, directions, etc. are illustrative to facilitate understanding of the present invention, and may be changed as appropriate according to the specifications of the non-aqueous electrolyte secondary battery. . Further, in the following, the term "abbreviation" is used to include, for example, not only the case where they are completely the same, but also the case where they can be considered to be substantially the same. Furthermore, when a plurality of embodiments and modifications are included below, it is assumed from the beginning that their characteristic parts will be used in combination as appropriate.
図1は、実施形態の非水電解質二次電池10の軸方向に沿った断面図である。図2は、非水電解質二次電池10を構成する正極板11の模式展開図である。図1に例示するように、非水電解質二次電池10は、巻回型の電極体14と、非水電解質(図示せず)と、外装缶15及び封口体16とを備える。巻回型の電極体14は、帯状の正極板11と、帯状の負極板12と、帯状のセパレータ13とを有し、正極板11と負極板12がセパレータ13を介して渦巻状に巻回されている。以下では、電極体14の軸方向一方側を「上」、軸方向他方側を「下」という場合がある。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction of a non-aqueous electrolyte
図2を参照して、正極板11は、帯状の正極芯体11aと、正極芯体11aに接合された正極タブ19とを有する。正極タブ19は、正極芯体11aと正極端子を電気的に接続するための導電部材であって、電極体14のうち、正極芯体11aの上端から軸方向αの一方側(上方)に延出している。正極タブ19は、例えば電極体14の径方向βの略中央部に設けられている。正極タブ19は、帯状の導電部材である。正極タブの構成材料は特に限定されない。正極タブ19はアルミニウムを主成分とする金属によって構成されることが好ましい。さらに、正極板11は、正極芯体11aの巻内面(径方向内側面)及び巻外面(径方向外側面)のそれぞれに正極合剤層11bが形成される。図2では、正極合剤層11bを薄い砂地部で示している。
Referring to FIG. 2, the
負極板12は、帯状の負極芯体と、負極芯体に接合された負極タブ20とを有する。負極タブ20は、負極芯体と後述の外装缶15とを電気的に接続するための導電部材であって、電極体14のうち、負極芯体の下端から軸方向αの他方側(下方)に延出している。外装缶15は、負極端子となる。負極タブ20は、例えば電極体14の巻内側部分(内周側部分)に設けられる。負極タブ20は、帯状の導電部材である。負極タブの構成材料は特に限定されない。負極タブはニッケル又は銅を主成分とする金属によって、またはニッケル及び銅の両方を含む金属によって構成されることが好ましい。さらに、負極板12は、負極芯体の巻内面(径方向内側面)及び巻外面(径方向外側面)のそれぞれに負極合剤層が形成される。
The
さらに、電極体14の最外周面に負極芯体を露出させ、外装缶15の筒部15aの内側面に接触させて、外装缶15に電気的に接続している。この負極板12と外装缶15の筒部15aとの電気的な接続により、さらに良好な集電性を確保できる。
Further, the negative electrode core is exposed on the outermost peripheral surface of the
電極体14は、上述の通り、正極板11と負極板12がセパレータ13を介して渦巻状に巻回されてなる巻回構造を有する。正極板11、負極板12、及びセパレータ13は、いずれも帯状に形成され、渦巻状に巻回されることで電極体14の径方向βに交互に積層された状態となる。電極体14において、各極板の極板長手方向が巻き方向となり、各極板の極板幅方向が軸方向αとなる。
As described above, the
図1に示す例では、外装缶15と封口体16によって、電極体14及び非水電解質を収容する金属製の電池ケースが構成されている。電極体14の上下には、絶縁板17,18がそれぞれ設けられる。正極タブ19は上側の絶縁板17の貫通孔を通って封口体16側に延び、封口体16の底板であるフィルタ22の下面に溶接される。非水電解質二次電池10では、フィルタ22と電気的に接続された封口体16の天板であるキャップ26が正極端子となる。
In the example shown in FIG. 1, the
外装缶15は、開口部を有する有底筒状、例えば有底円筒形状の金属製容器である。外装缶15と封口体16の間にはガスケット27が設けられ、外装缶15内の密閉性が確保されている。外装缶15は、例えば側面部を外側から径方向内側にスピニング加工して形成された溝入れ部21を有する。溝入れ部21は、外装缶15の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体16を支持する。封口体16は、外装缶15の開口部を封口する。
The
封口体16は、電極体14側から順に積層された、フィルタ22、下弁体23、絶縁部材24、上弁体25、及びキャップ26を有する。封口体16を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材24を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体23と上弁体25とは各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材24が介在している。異常発熱で電池の内圧が上昇すると、例えば下弁体23が破断し、これにより上弁体25がキャップ26側に膨れて下弁体23から離れることにより両者の電気的接続が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体25が破断し、キャップ26の開口部26aからガスが排出される。
The sealing
さらに、本実施形態では、図2~図4に示すように、電池外部から衝撃が加わる場合における衝撃吸収性能を向上すると共に、内部短絡を抑制するために、正極板11において、正極タブ19及び正極芯体11aの露出面11cの保護のための保護テープ30が設けられ、さらに保護テープ30の外側に外側テープ33が重なって正極板11に貼着される。さらにその外側テープ33の両端の切れ目34の中間が、保護テープ30の両端Eに重なっている。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, in order to improve the shock absorption performance when shock is applied from outside the battery and to suppress internal short circuits, the
以下、図2~図4を参照しながら、電極体14と、正極板11の保護テープ30及び外側テープ33の重なり構造を詳しく説明する。図3は、図2のA部拡大図である。図4は、一部を省略して示す図2のB-B断面図である。
Hereinafter, the overlapping structure of the
図2を参照して、正極板11は、帯状の正極芯体11aと、正極芯体11aの両面の表面に形成された正極合剤層11bとを有する。正極芯体11aには、例えばアルミニウムなどの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。好適な正極芯体11aは、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする金属の箔である。正極芯体11aの厚みは、例えば10μm~30μmである。
Referring to FIG. 2, the
正極合剤層11bは、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極板11は、正極活物質、導電剤、結着剤、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の溶剤を含む正極合剤スラリーを正極芯体11aの両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。
It is preferable that the positive
正極活物質としては、Co、Mn、Ni等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属酸化物が例示できる。リチウム含有遷移金属酸化物は、特に限定されないが、一般式Li1+xMO2(式中、-0.2<x≦0.2、MはNi、Co、Mn、Alの少なくとも1種を含む)で表される複合酸化物であることが好ましい。 Examples of positive electrode active materials include lithium-containing transition metal oxides containing transition metal elements such as Co, Mn, and Ni. The lithium-containing transition metal oxide is not particularly limited, but has the general formula Li 1+x MO 2 (wherein -0.2<x≦0.2, M includes at least one of Ni, Co, Mn, and Al). A complex oxide represented by is preferable.
上記導電剤の例としては、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック等のカーボンブラック(CB)、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。上記結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース(CMC)又はその塩、ポリエチレンオキシド(PEO)等が併用されてもよい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the conductive agent include acetylene black (AB), carbon black (CB) such as Ketjen black, and carbon materials such as graphite. Examples of the binder include fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), acrylic resins, and polyolefin resins. It will be done. Furthermore, these resins may be used in combination with carboxymethyl cellulose (CMC) or a salt thereof, polyethylene oxide (PEO), or the like. These may be used alone or in combination of two or more.
正極板11の極板長手方向(矢印γ方向)の一部、例えば略中央部には、極板短手方向(矢印δ方向)の全長にわたって、正極芯体11aを構成する金属の表面が露出した露出面11cが形成される。露出面11cは、正極タブ19が接合される部分であって、正極芯体11aの表面が正極合剤層11bに覆われていない部分である。
In a part of the
なお、正極芯体11aの露出面11cは、極板長手方向γの中央部以外に形成されてもよく、例えば極板長手方向γの端部寄りに形成されてもよい。露出面11cは、例えば正極芯体11aの一部に正極合剤スラリーを塗布しない間欠塗布により設けられる。
Note that the exposed
正極タブ19は、例えば、超音波溶接によって、露出面11cに接合され、正極芯体11aの極板短手方向δの一端(上端)から延出される。正極タブ19は、図4に示すように、断面略矩形の帯状に形成される。
The
さらに、正極タブ19のうち露出面11cに重ねられた部分と、露出面11cとは、保護テープ30によって覆われる。保護テープ30は、正極板11、より具体的には、露出面11cを挟んで極板長手方向γの両側に配置される正極合剤層11bの表面に貼付される。保護テープ30は、絶縁性を有する絶縁テープである。この結果、正極板11と負極板12との短絡が防止される。保護テープ30は、図2に示すように正極芯体11aの露出面11cの全てを被覆することが好ましい。
Furthermore, the portion of the
正極芯体11aの露出面11cは、例えば正極芯体11aの巻内側及び巻外側の両側において、極板長手方向γについて同じ位置に形成される。巻内側及び巻外側の両側に露出面11cが形成される場合に、正極タブが接合されない側の露出面11cも、正極板11に貼付した保護テープによって覆われる。露出面11cは、正極タブ接合用として、正極芯体11aの巻内側及び巻外側の一方のみに設けることもできる。
The exposed
さらに、正極タブ19を覆った保護テープ30の外側には外側テープ33が重なっている。外側テープ33も保護テープ30と同様に、絶縁性を有する絶縁テープである。例えば、外側テープ33は、保護テープ30と同一の材料により形成される。保護テープ30の極板長手方向γ両側には外側テープ33の両端部がはみ出しており、その両端部が正極板11、より具体的には、露出面11cを挟んで極板長手方向γの両側に配置される正極合剤層11bの表面に貼付される。
Furthermore, an
図4に示すように、保護テープ30は、基材層30aと、当該基材層30aの一方の表面に形成される粘着層30bとを有する粘着テープである。基材層30aと粘着層30bとの間には、例えば、金属酸化物などの無機粒子を含む耐熱層を設けることができる。基材層30aは、絶縁性の樹脂であればよく、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PI(ポリイミド)、PP(ポリプ口ピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等を用いることができる。
As shown in FIG. 4, the
粘着層30bは、保護テープ30を正極板11の表面に接着するために設けられる。粘着層30bは、ゴム系ポリマー、アクリル系ポリマーのうち少なくとも1つを含むことができる。粘着層30bは、例えばシリコーン系ポリマーをさらに添加してもよい。
外側テープ33も、保護テープ30と同様に、基材層33aと、当該基材層33aの一方の表面に形成される粘着層33bとを有する粘着テープである。基材層33a及び粘着層33bに適用可能な材料の例は、保護テープ30と同様である。
Like the
外側テープ33は、保護テープ30の外側において、少なくとも正極板11の極板短手方向δの中央を含む部分に配置されることが好ましい。さらに、外側テープ33は、保護テープ30の外側において、少なくとも正極板11の極板短手方向δの中央を中心として、極板短手方向δの長さが10mmである範囲を含む部分に配置されることがより好ましい。
The
さらに、図2、図3に示すように、外側テープ33は、極板長手方向γの両端部に、極板短手方向δに複数並んで、極板長手方向γに延びた複数の切れ目34を有する切れ目群35が形成される。切れ目群35の各切れ目34は、外側テープ33の極板長手方向γの外端に開口している。
Furthermore, as shown in FIGS. 2 and 3, the
さらに、各切れ目群35の各切れ目34の中間が保護テープ30の極板長手方向γの両端Eに重なっている。これにより、後述のように、電池外部から衝撃が加わる場合における衝撃吸収性能を向上できると共に、内部短絡を抑制できる。なお、外側テープ33は、極板長手方向γの両端部に、極板長手方向γに延びる1つの切れ目34のみを有する構成としてもよい。一方、後述のように外側テープ33の両端部に柔軟性を持たせる面からはこの両端部のそれぞれに複数ずつの切れ目34が形成されることが好ましい。
Furthermore, the middle of each cut 34 of each
負極板12は、帯状の負極芯体と、負極芯体の両面に形成された負極合剤層とを有する。負極芯体には、例えば銅などの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極芯体の厚みは、例えば5μm~30μmである。
The
負極合剤層は、負極活物質及び結着剤を含むことが好ましい。負極板12は、例えば負極活物質、結着剤、及び水等を含む負極合剤スラリーを負極芯体の両面に塗布した後、乾燥および圧延することにより作製される。
The negative electrode mixture layer preferably contains a negative electrode active material and a binder. The
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、Si、Sn等のリチウムと合金化する金属、又はこれらを含む合金、複合酸化物などを用いることができる。負極合剤層に含まれる結着剤には、例えば正極板11の場合と同様の樹脂が用いられる。水系溶媒で負極合剤スラリーを調製する場合は、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、CMC又はその塩、ポリアクリル酸又はその塩、ポリビニルアルコール等を用いることができる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium ions, and examples thereof include carbon materials such as natural graphite and artificial graphite, metals that alloy with lithium such as Si and Sn, or these materials. An alloy containing , a composite oxide, etc. can be used. For example, the same resin as in the case of the
セパレータ13には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布などが挙げられる。セパレータ13の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂が好ましい。セパレータ13の厚みは、例えば10μm~50μmである。セパレータ13は、電池の高容量化・高出力化に伴い薄膜化の傾向にある。セパレータ13は、例えば130℃~180℃程度の融点を有する。
For the
そして、電極体14の最外周面である負極板12の最外周面に、負極板12の巻き終わり端を固定するように、負極板12の最外周面にテープ(図示せず)が貼着される。
Then, a tape (not shown) is attached to the outermost circumferential surface of the
上記の非水電解質二次電池10によれば、保護テープ30と外側テープ33との重ね貼りによって、電池外部から衝撃が加わる場合における、正極板11側からセパレータ13に加わる衝撃についての衝撃吸収性能を向上できる。具体的には、図4に示すように、保護テープ30の外側に外側テープ33を重ねて貼ることで、正極板11の側から保護テープ30の粘着層30b、その基材層30a、外側テープ33の粘着層33b、その基材層33aが順に並ぶため、粘着層30b、33bの合計の厚みを大きくできる。これにより、上記の衝撃吸収性能を向上できる。一方、衝撃吸収性能をよくするために、保護テープ自体の厚みを大きくすることも考えられるが、その場合には、基材層の厚みが大きくなるだけで粘着層の厚みを、基材層の厚みと同程度に大きくすることは難しい。このため、保護テープ自体の厚みを大きくする構成では、衝撃吸収性能を改善する面から改良の余地がある。
According to the above-mentioned non-aqueous electrolyte
また、外側テープ33に形成される切れ目34の中間が保護テープ30の両端Eに重なることにより、外側テープ33の両端部が電極体14の変形に追従するように柔軟性を持たせることができる。これにより、電池外部から衝撃が加わる場合に、セパレータ13に外側テープ33の角張った段差部分が押し付けられることを抑制できる。このため、セパレータ13の破断を抑制できるので、電池の内部短絡を抑制できる。
Furthermore, by overlapping the middle of the
これについて、図4を用いてより詳しく説明する。外側テープ33の両端部は、正極合剤層11bの上にあるため、図4のP位置で段差が形成される。また、外側テープ33の両端部で保護テープ30の極板長手方向γ両端Eに重なる部分には図4のQ位置で折れ曲がり部分が形成される可能性がある。このため、この部分の柔軟性がないと、電池の外部から衝撃が加わることにより電極体14が変形した場合に、その変形に十分に追従できずに、柔軟性のない角張った折れ曲がり部分または段差部分がセパレータ13に押し付けられる。実施形態では、図4にL1の範囲で示す、外側テープ33の両端部に切れ目が形成され、その切れ目の中間が、保護テープ30の両端Eに重なっている。これにより、折れ曲がり部分及びP位置での段差部分に柔軟性が付与されるので、それらの部分に対向するセパレータ13での破断を抑制できる。このため、電池の内部短絡を抑制できる。
This will be explained in more detail using FIG. 4. Since both ends of the
また、外側テープ33は、保護テープ30の外側において、少なくとも正極板11の極板短手方向δの中央を含む部分に配置されることが好ましい。電池に外部から衝撃が加わる場合に、電極体14は、軸方向中央付近で変形しやすくセパレータ13が正極板11の極板短手方向の中央付近から力を受けやすい。上記の好ましい構成によれば、セパレータ13が正極板11から力を受けやすい部分の付近に外側テープ33が配置されやすくなるので、セパレータ13での破断を抑制できる効果が顕著になる。
Further, it is preferable that the
また、この好ましい構成において、外側テープ33は、保護テープ30の外側において、少なくとも正極板11の極板短手方向δの中央を中心として、極板短手方向δの長さが10mmである範囲を含む部分に配置されることが、より好ましい。この構成の場合には、セパレータ13が正極板11から力を受けやすい部分の付近に、外側テープ33がさらに配置されやすくなるので、セパレータで13の破断を抑制できる効果がより顕著になる。
In addition, in this preferred configuration, the
本開示の発明者は、以下の表1に示す条件で、実施例1―5及び比較例1-7の合計12種類の二次電池を作製し、所定の条件で衝撃試験を行って、発火の有無及びセパレータ13の破断の有無を評価した。
The inventor of the present disclosure fabricated a total of 12 types of secondary batteries, Examples 1-5 and Comparative Examples 1-7, under the conditions shown in Table 1 below, conducted an impact test under predetermined conditions, and found that The presence or absence of breakage of the
[実施例1]
[正極板11の作製]
正極活物質として、LiNi0.88Co0.09Al0.03O2で表されるアルミニウム含有ニッケルコバルト酸リチウムを用いた。その後、100質量部のLiNi0.88Co0.09Al0.03O2と、1質量部のアセチレンブラックと、0.9質量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)(結着剤)とを混合し、さらにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を適量加えて、正極合剤スラリーを調製した。次に、厚さが15μmのアルミニウム箔からなる長尺な正極芯体の両面に、極板長手方向の幅が7mmの芯体露出面が形成されるように、正極合剤スラリーを間欠塗布した。その後、加熱した乾燥機で100~150℃の温度で熱処理することにより、NMPを除去した後、ローラーを用いて圧延したものを所定サイズに裁断して、正極芯体11aの両面に正極合剤層11bが形成された正極板11を作製した。このとき、正極板11の厚さは0.144mmで、幅は62.6mmで、長さは860mmとした。その後、正極板11の芯体露出面にアルミニウム製の正極タブ19の一端部を溶接で固定した。
[Example 1]
[Preparation of positive electrode plate 11]
As a positive electrode active material, aluminum-containing lithium nickel cobalt oxide represented by LiNi 0.88 Co 0.09 Al 0.03 O 2 was used. Then, 100 parts by mass of LiNi 0.88 Co 0.09 Al 0.03 O 2 , 1 part by mass of acetylene black, and 0.9 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) (binder) were mixed. Then, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to prepare a positive electrode mixture slurry. Next, a positive electrode mixture slurry was applied intermittently to both sides of a long positive electrode core made of aluminum foil with a thickness of 15 μm so that an exposed surface of the core with a width of 7 mm in the longitudinal direction of the electrode plate was formed. . Thereafter, NMP is removed by heat treatment at a temperature of 100 to 150° C. in a heated dryer, and then rolled using a roller and cut into a predetermined size, and the positive electrode mixture is coated on both sides of the
[保護テープ30及び外側テープ33の貼付]
次に、正極タブ19を保護するための保護テープ30を、正極タブ19及び芯体露出面を覆うように、正極板11の正極合剤層11bに貼付した。次に、その保護テープ30の外側において、極板短手方向の中央部に外側テープ33を重ね貼りした。このとき、外側テープ33の図3で示す極板短手方向長さであるテープ高さH,極板長手方向長さであるテープ幅W、切れ目長さDは、それぞれ表1に示すように、H=20mm、W=15mm、D=2mmとした。また、保護テープ30の極板長手方向のテープ幅は12mmとした。そして、外側テープ33は、保護テープ30の外側において、正極板11の極板短手方向の中央にその中心を一致させるように配置した。これにより、図3に示した例と同様に、外側テープ33の両端の切れ目34の中間は、保護テープ30の両端Eに重なっている、すなわち、表1の切れ目中間と保護テープの両端との重なりは、「有り」である。また、切れ目間隔は1mmである。
[Application of
Next, a
[負極板12の作製]
負極活物質として、黒鉛粉末を95質量部と、ケイ素酸化物を5質量部とを混合したものを用いた。そして、負極活物質を100質量部と、結着剤としてのスチレン-ブタジエンゴム(SBR)を1質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を1質量部とを混合した。そして、この混合したものを水に分散させて、負極合剤スラリーを調製した。次に、厚さが8μmの銅箔からなる長尺な負極芯体の両面に、極板長手方向の幅が7mmの芯体露出面が形成されるように、負極合剤スラリーを間欠塗布した。その後、加熱した乾燥機で乾燥した後、負極厚みが0.160mmとなるように圧縮ローラーを用いて圧縮したものを所定サイズに裁断して、負極芯体の両面に負極合剤層が形成された負極板12を作製した。このとき、負極板12の幅は64.2mmで、長さは959mmとした。そして、負極板12の長手方向一端部であって、電極体14の巻き始め側に位置する端部に合剤層が存在せず、芯体表面が露出した露出部を設けて、その露出部にニッケル製で幅が3.5mmの負極タブ20を溶接固定で取り付けた。
[Preparation of negative electrode plate 12]
As the negative electrode active material, a mixture of 95 parts by mass of graphite powder and 5 parts by mass of silicon oxide was used. Then, 100 parts by mass of the negative electrode active material, 1 part by mass of styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and 1 part by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were mixed. Then, this mixture was dispersed in water to prepare a negative electrode mixture slurry. Next, a negative electrode mixture slurry was applied intermittently to both sides of a long negative electrode core made of copper foil with a thickness of 8 μm so that an exposed surface of the core with a width of 7 mm in the longitudinal direction of the electrode plate was formed. . Then, after drying in a heated dryer, the negative electrode was compressed using a compression roller so that the thickness of the negative electrode was 0.160 mm, and cut into a predetermined size to form a negative electrode mixture layer on both sides of the negative electrode core. A
[電極体14の作製]
作製された正極板11及び負極板12を、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータ13を介して渦巻状に巻回することにより、巻回型の電極体14を作製し、巻き終わり端をテープで固定した。このとき、電極体14の最外周を負極芯体露出部が覆うように構成した。
[Preparation of electrode body 14]
The produced
[非水電解液の調製]
エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比でEC:DMC=1:3となるように混合した混合溶媒の100質量部に、ビニレンカーボネート(VC)を5質量部添加し、LiPF6が1.5モル/Lとなるように溶解して非水電解液を調製した。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
5 parts by mass of vinylene carbonate (VC) was added to 100 parts by mass of a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of EC:DMC=1:3. , LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.5 mol/L to prepare a non-aqueous electrolyte.
[二次電池の作製]
上記の電極体14を、有底円筒形状の外装缶15に収容し、当該電極体14の上と下とに絶縁板28、29をそれぞれ配置し、外装缶15の内部に非水電解液を減圧方式により注入した。その後、ガスケット27を介して封口体16を外装缶15の開口端部にカシメ固定して、円筒形の非水電解質二次電池10を作製した。このとき、電池の容量は、4600mAhであった。
[Preparation of secondary battery]
The
[比較例1]
比較例1は、正極板の正極タブを覆う保護テープ30上に、重なって貼付される外側テープを省略した。比較例1において、それ以外の構成は、実施例1と同様である。
[Comparative example 1]
In Comparative Example 1, the outer tape overlapped with the
[実施例2-5、比較例2-7]
実施例2-5、比較例2-7のそれぞれにおいて、保護テープ30の外側に重ね貼りした外側テープのテープ高さ、テープ幅、切れ目長さ、切れ目間隔、切れ目中間と保護テープ30の両端との重なりの有無を、表1に示したように構成した以外は、実施例1と同様である。具体的には、実施例2では、実施例1からテープ高さを10mmに変更した。実施例3では、実施例1から切れ目間隔を0.5mmに変更した。実施例4では、実施例1から切れ目間隔を2mmに変更した。実施例5では、実施例1からテープ幅を13mmに変更した。
[Example 2-5, Comparative Example 2-7]
In each of Example 2-5 and Comparative Example 2-7, the tape height, tape width, cut length, cut interval, cut middle, and both ends of the
比較例2、3では、実施例1から切れ目長さをそれぞれ0.5mm、1mmに変更したので、切れ目中間と保護テープ30の両端との重なりは無い。比較例4では、実施例1の切れ目を省略したので、切れ目中間と保護テープ30の両端Eとの重なりは無い。比較例5では、実施例1からテープ幅を12mmに変更したので、切れ目先端と保護テープの両端との重なりは有るが、切れ目中間と保護テープの両端との重なりは無い。比較例6では、実施例1からテープ幅を16mmに変更したので、切れ目奥端と保護テープの両端との重なりは有るが、切れ目中間と保護テープの両端との重なりは無い。比較例7では、テープ幅を17mmに変更したので、切れ目と保護テープの両端との重なりは無い。
In Comparative Examples 2 and 3, the cut lengths were changed from Example 1 to 0.5 mm and 1 mm, respectively, so there was no overlap between the middle of the cut and both ends of the
[試験方法]
[衝撃試験1]
上記実施例1-5及び比較例1-7の非水電解質二次電池を用いて、25℃雰囲気において、0.3Cの定電流充電にて4.2Vまで充電した。その後、衝撃試験1として、UN輸送試験条件のT6衝突試験に沿って、電池中央に直径15.8mmの金属製の丸棒を置き、9.1kgの重りを61cmの高さから落下させる試験を行った。そして試験後の電池の発火の有無を確認した。
[Test method]
[Impact test 1]
The non-aqueous electrolyte secondary batteries of Example 1-5 and Comparative Example 1-7 were charged to 4.2 V by constant current charging at 0.3 C in a 25° C. atmosphere. After that, as impact test 1, a metal round bar with a diameter of 15.8 mm was placed in the center of the battery, and a 9.1 kg weight was dropped from a height of 61 cm, in accordance with the T6 impact test of UN transportation test conditions. went. After the test, it was confirmed whether the battery ignited or not.
[衝撃試験2]
さらに、上記実施例1-5及び比較例1-7の非水電解質二次電池を用いて、電池ケースの内部に電解液を注入しない状態で、衝撃試験1と同様に試験を行う衝撃試験2を行った。そして、試験後の電池を分解して、保護テープ30及び外側テープ33の両端部と対向するセパレータ13の破断の有無を確認した。
[Impact test 2]
Furthermore, using the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Example 1-5 and Comparative Example 1-7, an impact test 2 was conducted in the same manner as impact test 1 without injecting the electrolyte into the battery case. I did it. Then, the battery after the test was disassembled, and the presence or absence of breakage of the
[試験結果]
表1に衝撃試験1,2の試験結果を示している。表1に示すように、外側テープ自体がない比較例1,及び、切れ目中間と保護テープの両端との重なりが無い比較例2-5,7では、衝撃試験1で発火が見られ、衝撃試験2でセパレータの破断も見られた。切れ目奥端のみと保護テープの両端との重なりがある比較例6では、衝撃試験1で発火が見られなかったが、衝撃試験2でセパレータの破断が見られた。
[Test results]
Table 1 shows the test results of impact tests 1 and 2. As shown in Table 1, in Comparative Example 1, which does not have the outer tape itself, and Comparative Examples 2-5 and 7, in which there is no overlap between the middle of the cut and both ends of the protective tape, ignition was observed in Impact Test 1; In No. 2, breakage of the separator was also observed. In Comparative Example 6, in which only the back end of the cut overlapped with both ends of the protective tape, no ignition was observed in Impact Test 1, but breakage of the separator was observed in Impact Test 2.
一方、切れ目中間と保護テープの両端との重なりが有る実施例1-5では、衝撃試験1で発火は見られず、衝撃試験2でセパレータ13の破断も見られなかった。この理由は、切れ目の中間が保護テープ30の両端Eに重なることにより、両端Eに起因する外側テープ33の角張った部分や段差部分に柔軟性が付与されたことによると考えられる。これにより、実施形態の効果を確認できた。
On the other hand, in Example 1-5 in which the middle of the cut overlapped with both ends of the protective tape, no ignition was observed in impact test 1, and no breakage of the
なお、正極芯体11aの露出面11cは、正極板11の極板長手方向γの複数位置に形成されてもよく、それぞれの露出面11cに正極タブ19が接合されてもよい。また、正極板に、それぞれの正極タブ19及び露出面11cを覆うように、実施形態で説明した保護テープと、その外側の外側テープとが設けられてもよい。
The exposed surfaces 11c of the
10 非水電解質二次電池、11 正極板、11a 正極芯体、11b 正極合剤層、11c 露出面、12 負極板、13 セパレータ、14 電極体、15 外装缶、15a 筒部、16 封口体、17,18 絶縁板、19 正極タブ、20 負極タブ、21 溝入れ部、22 フィルタ、23 下弁体、24 絶縁部材、25 上弁体、26 キャップ、27 ガスケット、30 保護テープ、33 外側テープ、34 切れ目、35 切れ目群。
Claims (3)
前記電極体を収容する外装缶と、を備え、
前記正極板は、
正極芯体と、
前記正極芯体の表面に形成された正極合剤層と、
前記正極芯体の極板長手方向の少なくとも一部に形成された前記正極芯体の露出面に接合され、前記正極芯体の極板短手方向一端から延出される正極タブと、
前記正極タブのうち前記露出面に重ねられた部分と、前記露出面とを覆うように前記正極板に貼付された保護テープと、
前記保護テープの外側に重なるように前記正極板に貼付された外側テープと、を含み、
前記外側テープは、前記極板長手方向の両端部に、前記極板長手方向に延びる少なくとも1つの切れ目を有し、
前記切れ目の中間が、前記保護テープの前記極板長手方向の両端に重なっている、
非水電解質二次電池。 A wound type electrode body in which a band-shaped positive electrode plate and a band-shaped negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween;
an outer can housing the electrode body,
The positive electrode plate is
a positive electrode core;
a positive electrode mixture layer formed on the surface of the positive electrode core;
a positive electrode tab joined to an exposed surface of the positive electrode core formed on at least a portion of the positive electrode core in the longitudinal direction of the electrode plate, and extending from one end of the positive electrode core in the short direction of the electrode plate;
a protective tape affixed to the positive electrode plate so as to cover a portion of the positive electrode tab overlaid on the exposed surface and the exposed surface;
an outer tape attached to the positive electrode plate so as to overlap the outer side of the protective tape,
The outer tape has at least one cut extending in the longitudinal direction of the electrode plate at both ends in the longitudinal direction of the electrode plate,
The middle of the cut overlaps both ends of the protective tape in the longitudinal direction of the electrode plate,
Nonaqueous electrolyte secondary battery.
前記外側テープは、前記保護テープの外側において、少なくとも前記正極板の前記極板短手方向の中央を含む部分に配置される、
非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1,
The outer tape is disposed on the outside of the protective tape at least in a portion including the center of the positive electrode plate in the short direction of the electrode plate.
Nonaqueous electrolyte secondary battery.
前記外側テープは、前記保護テープの外側において、少なくとも前記正極板の前記極板短手方向の中央を中心として、前記極板短手方向の長さが10mmである範囲を含む部分に配置される、
非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2,
The outer tape is disposed on the outside of the protective tape in a portion including at least a range centered on the center of the positive electrode plate in the width direction of the electrode plate and having a length of 10 mm in the width direction of the electrode plate. ,
Nonaqueous electrolyte secondary battery.
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JP2022039360A JP2023134035A (en) | 2022-03-14 | 2022-03-14 | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
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- 2022-03-14 JP JP2022039360A patent/JP2023134035A/en active Pending
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