JP3552377B2 - Rechargeable battery - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池に関し、特に電池ケースおよびこれを用いた二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型VTR、携帯電話、ラップトップコンピューター等の新しいポータブル電子機器が次々に出現し、ますますその小型軽量化が図られ、それに伴って、携帯可能なポータブル電源として二次電池が脚光を浴び、さらに高いエネルギー密度を得るため活発な研究開発がなされている。
【0003】
そのような中、鉛電池、ニッケルカドミウム電池等の水系電解液二次電池よりも高いエネルギー密度を有する二次電池として非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池が提案され、実用化が始まった。
【0004】
リチウムイオン二次電池の電池形態としては、スパイラル状に巻回した電極を円筒形ケースに挿入した筒形電池と、折り込んだ電極や矩形状積層電極、また楕円状に巻回した電極を角形のケースに挿入した角形電池がある。後者の角形電池は、筒形電池よりもスペース効率が高く、近年の機器薄形化に伴い要求が高まっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の小型二次電池は通常の使用はもちろんのこと、真夏の車中においても使用され、高い信頼性が要求される。特に角形の電池ケースは円筒形と比べ強度が弱いため電池内圧の上昇にともない変形しやすい。そのため、機器内部に収納するようなタイプの電池の場合、高温に曝すと電池の膨張によって取り出せなくなったり、機器を破損してしまうことがあった。予め寸法に余裕を持たせようとすればエネルギー密度が低下し十分な作動時間が得られなかった。
【0006】
そこで本発明は、このような従来の実情を鑑みて提案されたものであって、高温に曝された場合でも電池ケースの膨張を抑え機器を破損させることのない、高い信頼性と高エネルギー密度を有する非水電解液の二次電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、発明者らが鋭意検討したところ、電池側面に凸部を設けることにより、高温に曝された場合でも電池厚みの膨張を抑え機器の破損を防止できることを見い出した。
【0008】
本発明は、角形電池などの扁平な形状の電池において、最も面積の大きい面(以後広幅面と略す)に一つ以上の凸部を有することで、広幅面に強度を与え電池内圧の上昇に対して膨れにくくするものである。
【0009】
本発明はいかなる二次電池においても適用可能ではあるが、一例として以下非水電解液二次電池について説明する。
【0010】
非水電解液二次電池を構成できるいかなる正負極材料も使用可能であるが、充放電による活物質の膨張度合いや、電解液に使用する非水溶媒の沸点などを考慮して凸部の形状、寸法、その個数が適宜選択可能である。
【0011】
また、本発明に用いる電池ケースの材質は強度や、その加工性を考慮し適宜選択可能である。利用可能なものとしては、鉄、ニッケル、ステンレス、アルミ等であり、非水電解液などで腐食が起こる場合はメッキ等を施すことにより使用可能となる。
【0012】
本発明の扁平形状を有する電池ケースは、いかなる方法によっても製造可能である。例えば、前記種々の材質からなる鋼板等を少なくとも一組以上の雄雌からなる金型を用いて、何段階かにわけてしぼり成形加工をすることによって作製することができる。そして、さらにしぼり成形前あるいは成形後に別な金型によって型押し成形することにより本発明の凸形変形された缶とすることができる。
【0013】
但し、凸部を設けることにより電池全体積に対する正負極を充填できる有効な体積の比率は減少し、エネルギー密度のロスとなるので、この点を考慮し寸法を決定する必要がある。
【0014】
さらに、本発明の二次電池について詳細な説明を行う。
本発明の二次電池は正極と負極とが樹脂製多孔質セパレータで絶縁された電極素子を有し、非水電解液を注入してなり、電池ケースの広幅面に一つ以上の凸部を有することを特徴とする。
【0015】
本発明の二次電池には、平板な正負極の組み合わせを複数積み重ねてなる積層式電極素子や、短冊状の正負極を楕円形に巻き回してなる楕円式電極素子を使用することができる。
【0016】
本発明の負極材料として利用可能な材料は、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン等の比較的電位が卑な酸化物やその他酸化物や炭素材料などが上げられる。
【0017】
負極に用いる炭素材料は、この種の二次電池に用いられるものはいずれも使用可能であるが、特に以下に列挙される炭素材料が好適である。
【0018】
まず第一に、有機材料を焼成等の手法により炭素化して得られる炭素質材料である。
【0019】
出発原料となる有機材料としては、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン、ポリ(p−フェニレン)等の共役系樹脂、セルロースおよびその誘導体、任意の有機高分子系化合物を使用することが出来る。
【0020】
その他、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、トリフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物、その他誘導体(例えばこれらのカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド等)、前記各化合物の混合物を主成分とする各種ピッチ、アセナフチレン、インドール、イソインドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、フェナントリジン等の縮合複素環化合物、その誘導体も使用可能である。
【0021】
また、特にフルフリルアルコールあるいはフルフラールのホモポリマー、コポリマーよりなるフラン樹脂も好適である。このフラン樹脂を炭素化した炭素質材料は、(002)面の面間隔が0.370nm以上、真密度1.7g/cc以下かつDTAで700℃以上に酸化発熱ピークを持たず、電池の負極材料として非常に良好な特性を示す。
【0022】
これら有機材料を焼成する温度としては、出発原料によっても異なり、通常は500〜2000℃とされる。
あるいは、特定のH/C原子比を有する石油ピッチに酸素を含む官能基を導入(いわゆる酸素架橋)したものも前記フラン樹脂と同様、炭素化したときに優れた特性を発揮することから、前記有機材料として使用することが可能である。
【0023】
前記石油ピッチは、コールタール、エチレンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られる。
【0024】
このとき、石油ピッチのH/C原子比が重要で、難黒鉛化性炭素とするためにはこのH/C原始比を0.6〜0.8とする必要がある。
これらの石油ピッチに酸素を含む官能基を導入する具体的な手段は限定されないが、例えば硝酸、混酸、硫酸、次亜塩素酸等の水溶液による湿式法、あるいは酸化性ガス(空気、酸素)による乾式法、さらに硫黄、硝酸アンモニア、過硫酸アンモニア、塩化第二鉄等の固体試薬による反応などが用いられる。
【0025】
例えば、上記の手法により石油ピッチに酸素を導入した場合、炭素化の過程(400℃以上)で溶融することなく固相状態で最終の炭素質材料が得られ、それは難黒鉛化炭素の生成過程に類似する。
【0026】
前述の手法により酸素を含む官能基を導入した石油ピッチを炭素化して負極材とするが、炭素化の際の条件は問わず、(002)面の面間隔が0.370nm以上、真密度1.7g/cc以下かつDTAで700℃以上に酸化発熱ピークを持たないという特性を満足する炭素質材料が得られるように設定すれば、単位重量あたりのリチウムドープ量の大きなものが得られる。これは、例えば石油ピッチを酸素架橋した前駆体の酸素含有量を10重量%以上とすることで、(002)面の面間隔を0.370nm以上とすることが出来る。したがって、前記前駆体の酸素含有量は10重量%以上にすることが好ましく、実用的には10〜20重量%の範囲である。
【0027】
以上の原料有機材料を用いて炭素質材料を得る場合、例えば、窒素気流中、300〜700℃で炭化した後、窒素気流中、昇温速度毎分1〜20℃、到達温度900〜1300℃、到達温度での保持時間0〜5時間程度の条件で焼成すれば良い。勿論、場合によっては炭化操作を省略しても良い。
【0028】
さらには、前記フラン樹脂や石油ピッチ等を炭素化する際にリン化合物、或いはホウ素化合物を添加することで、リチウムドープ量の大きな特殊な負極化合物も使用可能である。
【0029】
リン化合物としては、五酸化リンなどのリンの酸化物や、オルトリン酸等のオキソ酸やその塩等が挙げられるが、取扱やすさ等の点からリン酸化物及びリン酸が好適である。
【0030】
添加するリン化合物の量は、有機材料もしくは炭素質材料に対してリン換算で0.2〜30重量%、好ましくは0.5〜15重量%、また負極材料中に残存するリンの割合は0.2〜9.0重量%、好ましくは0.3〜5重量%とする。
【0031】
ホウ素化合物としては、ホウ素の酸化物或いはホウ酸を水溶液の形で添加することができる。添加するホウ素化合物の量は、有機材料もしくは炭素質材料に対してホウ素換算で0.2〜30重量%、好ましくは0.5〜15重量%、また負極材料中に残存するホウ素の割合は0.2〜9.0重量%、好ましくは0.3〜5重量%とする。
【0032】
また、黒鉛類はコークスやガラス状炭素等の低温処理炭素質材料と比較して真密度が高いので、活物質としての電極充填性が高く、それ故設計上においては高エネルギー密度の二次電池が可能となる。
【0033】
高い電極充填性を与える真密度の大きい材料としては、黒鉛類の炭素材料が好適である。そのなかでも、より高い電極充填性を得るには、真密度が2.1g/cm以上が好ましく、2.18g/cm以上がさらに好ましい。そのような真密度を得るには、X線回折法で得られる(002)面間隔が好ましくは0.339nm未満、さらに好ましくは0.335nm以上、0.337nm以下を満足し002面のC軸結晶子厚みが16.0nm以上、さらに好ましくは300nm以上であることが必要である。
【0034】
前記物性を示す炭素材料の代表としては、天然黒鉛があげられる。また、有機材料を炭素化し、さらに高温処理された人造黒鉛も前記結晶構造パラメータを示す。
【0035】
上記人造黒鉛を生成するに際して出発原料となる有機材料としては、石炭やピッチが代表的である。
ピッチとしては、コールタール、エチレンボトム油、原油等の高温熱分解で得られるタール類、アスファルトなどより蒸留(真空蒸留、常圧蒸留、スチーム蒸留)、熱重縮合、抽出、化学重縮合等の操作によって得られるものや、その他木材乾留時に生成するピッチ等もある。
【0036】
さらにピッチとなる出発原料としてはポリ塩化ビニル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラート、3,5−ジメチルフェノール樹脂等がある。
【0037】
これら石炭、ピッチは、炭素化の途中最高400℃程度で液状で存在し、その温度で保持することで芳香環同士が縮合、多環化して積層配向した状態となり、その後500℃程度以上の温度になると固体の炭素前駆体則ちセミコークスを形成する。このような過程を液相炭素化過程と呼び、易黒鉛化性炭素の典型的な生成過程である。
【0038】
その他、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、トリフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合多環炭化水素化合物、その他誘導体(例えばこれらのカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド等)、あるいは混合物、アセナフチレン、インドール、イソインドール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フェナジン、フェナントリジン等の縮合複素環化合物、さらにはその誘導体も原料として使用可能である。
【0039】
以上の有機材料を出発原料として所望の人造黒鉛を生成するには、例えば、上記有機材料を窒素等の不活性ガス気流中、300〜700℃で炭化した後、不活性ガス気流中、昇温速度毎分1〜100℃、到達温度900〜1500℃、到達温度での保持時間0〜30時間程度の条件でか焼し、さらに2000℃以上、好ましくは2500℃以上で熱処理されることによって得られる。勿論、場合によっては炭化やか焼操作を省略しても良い。
【0040】
高温で熱処理された炭素材料あるいは黒鉛材料は粉砕・分級して負極材料に供されるが、この粉砕は炭化、か焼、高温熱処理の前後あるいは昇温過程の間いずれで行っても良い。
【0041】
さらに、より実用的な性能を有する黒鉛材料を得るには以下の物性値を満足する材料を用いることが好ましい。
【0042】
黒鉛材料として真密度2.1g/cm以上であり、且つ嵩比重が0.4g/cm以上の黒鉛材料を用いることが好ましい。黒鉛材料は真密度が高いので、これで負極を構成すると、電極充填性が高められ、電池のエネルギー密度が向上する。また、黒鉛材料のうち特に嵩比重が0.4g/cm以上の黒鉛材料を用いると、このように嵩比重が大きな黒鉛材料は負極合剤層中に比較的均一に分散されることができる等の理由により、電極構造が良好なものとなって、サイクル特性が改善される。
【0043】
さらに、嵩比重が0.4g/cm以上であって且つ平均形状パラメータxaveが125以下である扁平度の低い材料を用いると、さらに電極構造が良好なものとなり、さらにサイクル特性が改善される。
【0044】
上記の黒鉛材料を得るには、炭素が成型体とされた状態で黒鉛化のための熱処理を行う方法が好ましく、この黒鉛化成型体を粉砕することによって、より嵩比重が高く、平均形状パラメータxaveの小さい黒鉛材料が可能となる。
【0045】
また、黒鉛材料として嵩比重、平均形状パラメータxaveが前記の範囲であって、比表面積が9m/g以下の黒鉛粉末を用いた場合、黒鉛粒子に付着したサブミクロンの微粒子が少なく、嵩比重が高くなり、電極構造が良好なものとなって、さらにサイクル特性が改善される。
【0046】
また、レーザ回折法により求められる粒度分布において、累積10%粒径が3μm以上であり、且つ累積50%粒径が10μm以上であり、且つ累積90%粒径が70μm以下である黒鉛粉末を用いることにより安全性、信頼性の高い非水電解液二次電池が得られる。粒度の小さい粒子は比表面積が大きくなるが、この含有率を制限することにより、比表面積の大きい粒子による過充電時などの異常発熱を抑制するとともに、粒度の大きい粒子の含有率を制限することにより、初充電時における粒子の膨張に伴う内部ショートを抑制することができ、高い安全性、信頼性を有する実用的な非水電解液二次電池が可能となる。
【0047】
また、粒子の破壊強度の平均値が6.0kgf/mm以上である黒鉛粉末を用いることにより、電極中に電解液を含有させるための空孔を多く存在させることができ、負荷特性の良好な非水電解液二次電池が可能となる。
【0048】
一方、前記の負極材料からなる負極と組み合わせて用いられる正極材料は特に限定されないが、十分な量のLiを含んでいることが好ましく、例えば一般式LiMO(ただしMはCo,Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも1種を表す。)で表されるリチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物やLiを含んだ層間化合物等が好適である。
【0049】
本発明の非水電解液二次電池に用いる非水電解液において、電解液としては電解質が非水溶媒に溶解されてなる非水電解液が用いられる。
【0050】
電解質を溶解する非水溶媒としては、EC等の比較的誘電率の高いものを主溶媒に用いることが前提となるが、本発明を完成させるにはさらに複数成分の低粘度溶媒を添加する必要がある。
【0051】
高誘電率溶媒としては、PC、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、スルホラン類、ブチロラクトン類、バレロラクトン類等が好適である。低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の対称あるいは非対称の鎖状炭酸エステルが好適であり、さらに2種以上低粘度溶媒を混合して用いても良好な結果が得られる。
【0052】
特に負極に黒鉛材料を用いる場合、非水溶媒の主溶媒として好適なのはECがまず挙げられるが、ECの水素原子をハロゲン元素で置換した構造の化合物も好適である。
【0053】
また、PCのように黒鉛材料と反応性があるものの、主溶媒としてのECやECの水素原子をハロゲン元素で置換した構造の化合物等に対して、その一部を極く少量第2成分溶媒で置換することにより、良好な特性が得られる。その第2成分溶媒としては、PC、ブチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシメタン、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン等が使用可能であり、その添加量としては10Vol%未満が好ましい。
【0054】
さらに本発明を完成させるには主溶媒に対して、あるいは主溶媒と第2成分溶媒の混合溶媒に対して、第3の溶媒を添加し導電率の向上、ECの分解抑制、低温特性の改善を図るとともにリチウム金属との反応性を低め、安全性を改善するようにしても良い。
【0055】
第3成分の溶媒としては、まずDEC(ジエチルカーボネート)やDMC(ジメチルカーボネート)等の鎖状炭酸エステルが好適である。また、MEC(メチルエチルカーボネート)やMPC(メチルプロピルカーボネート)等の非対称鎖状炭酸エステルが好適である。主溶媒あるいは主溶媒と第2成分溶媒の混合溶媒に対する第3成分となる鎖状炭酸エステルの混合比(主溶媒または、主溶媒と第2成分溶媒の混合溶媒:第3成分溶媒)は、容量比で15:85から40:60が好ましく、18:82から35:65がさらに好ましい。
【0056】
さらに、第3成分の溶媒としてはMECとDMCとの混合溶媒であってもよい。MEC−DMC混合比率は、MEC容量をm、DMC容量をdとしたときに、1/9≦d/m≦8/2で示される範囲とすることが好ましい。また、主溶媒あるいは主溶媒と第2成分溶媒の混合溶媒と第3成分の溶媒となるMEC−DMCの混合比率は、MEC容量をm、DMC容量をd、溶媒全量をTとしたときに、3/10≦(m+d)/T≦9/10で示される範囲とすることが好ましく、5/10≦(m+d)/T≦8/10で示される範囲とすることがさらに好ましい。
【0057】
このような非水溶媒に溶解する電解質としては、この主の電池に用いられるものであればいずれも1種以上混合し使用可能である。例えばLiPFが好適であるが、その他LiClO、LiAsF、LiBF、LiB(C、CHSOLi、CFSOLi、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiCl、LiBr等も使用可能である。
【0058】
本発明は角形などの扁平な形状の電池において、最も面積の広幅面に一つ以上凸部を設け強度を与えたものであり、電池を高温に曝しても電池内圧の上昇に対して電池厚みの膨張を抑え機器の破損を防止することが可能な、高い信頼性と高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池を提供することとする。
【0059】
【発明の実施の形態】
以下、本発明二次電池の一実施例について図1および図2を参照しながら説明する。
【0060】
実施例1
本実施例で作製した非水電解液二次電池の構成を図1に示す。
まず、負極1を次のようにして作製した。
H/C原子比が0.6〜0.8の範囲から適当に選んだ石油ピッチを粉砕し、空気気流中で酸化処理して炭素前駆体を得た。この炭素前駆体のキノリン不溶分(JIS遠心法:K2425−1983)は80%であり、また酸素含有率(有機元素分析法による)は15.4重量%であった。
【0061】
この炭素前駆体を窒素気流中で1000℃に昇温して熱処理し後、粉砕し、平均粒径10μmの炭素材料粉末とした。なおこのとき得られた難黒鉛化炭素材料についてX線回折測定を行った結果、(002)面の面間隔は0.381nmであり真比重は1.54であった。
【0062】
この炭素材料粉末90重量部を、バインダーであるポリフッ化ビニリデン10重量部と混合して負極混合物を調製し、この負極混合物を溶剤N−メチルー2−ピロリドンに分散させてスラリー状にし、負極スラリーを調製した。
【0063】
そして、このようにして得られた負極スラリーを負極集電体となる厚さ10μmの帯状銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス機で圧縮成形し、帯状電極を作製した。この帯状電極を図2Aに示される矩形状に切断し負極1を得た。
【0064】
次に、正極2を以下のようにして作製した。
炭酸リチウムと炭酸コバルトを0.5モル:1.0モルなる比率で混合し、900℃,5h空気中で焼成してLiCoO2を得た。
【0065】
このようにして得られたLiCoO,91重量部を、導電材であるグラファイト6重量部及びバインダーであるポリフッ化ビニリデン3重量部と混合して正極混合物を調製し、この正極混合物を溶剤N−メチルー2−ピロリドンに分散させてスラリー状にし、正極スラリーを調製した。
【0066】
そして、このようにして得られた正極スラリーを正極集電体となる厚さ20μmの帯状アルミ箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス機で圧縮成形し、帯状電極を作製した。この帯状電極を図2Bに点線で示される矩形状に切断し正極2を得た。
【0067】
そして、微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ3で負極1および正極2を挟み、接着テープ10で固定して積層式電極素子を得た。
【0068】
次いで、図1に示すように厚み450μmのニッケルメッキを施した、外部方向に向いた凸部13及び14の二つを有する鉄製扁平角形電池ケース12の底に絶縁シート11を敷き、その中へ前記積層式電極素子を挿入した。
なお、凸部13および14は、図1において図面上左右方向からみたときに、その周囲の形状は円形である。
【0069】
次いで、サブリード6を予めガスケット7を介して電池フタ9に取付けられた正極端子8に熔接した。ここで、前記積層式電極素の正極リードを束ね、サブリード6に熔接した。また、負極リードも束ね、電池ケース12に熔接した。
【0070】
PC50容量%とDMC50容量%の混合溶媒にLiPFを1モル/lなる割合で溶解させて調製した電解液を電池ケース12の中に注入し、レーザ熔接で電池フタ9を電池ケース12に固定して、扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0071】
実施例2
凸部が一つである電池ケース使用する以外は、実施例1と同様に扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0072】
実施例3
負極材料として本実施例で用いる黒鉛化成型体から得られる黒鉛試料粉末の作製方法を示す。
【0073】
まず、フィラーとなる石炭系コークス100重量部に対し、バインダーとなるコールタール系ピッチを30重量部を加え、約100℃で混合した後、プレスにて圧縮成型し、炭素成型体の前駆体を得た。この前駆体を1000℃以下で熱処理して得た炭素材料成型体に、さらに200℃以下で溶融させたバインダーピッチを含浸し、1000℃以下で熱処理するという、ピッチ含浸/焼成工程を数回繰り返した。その後、この炭素成型体を不活性雰囲気で2600℃にて熱処理し、黒鉛化成型体を得た後、粉砕分級し試料の黒鉛材料粉末を作製した。
【0074】
なおこのとき得られた黒鉛材料粉末は、真密度=2.23g/cm、嵩比重=0.83g/cm、平均形状パラメータXave.=10、比表面積=4.4m/g、平均粒径=31.2μm、累積10%粒径=12.3μm、累積50%粒径=29.5μm、累積90%粒径=53.7μmであった。
【0075】
この黒鉛材料粉末を負極材料とし、EC50容量%とDEC50容量%の混合溶媒にLiPFを1モル/lなる割合で溶解させて調製した電解液を使用する以外は、実施例1と同様に扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0076】
実施例4
負極材料は実施例3と同じものを用いた。また、電池ケースは、凸部が一つのものを用いた。これら以外は、実施例1と同様に扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0077】
比較例1
凸部を持たない扁平角形電池ケースを使用する以外は、実施例1と同様に扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0078】
比較例2
凸部を持たない扁平角形電池ケースを使用する以外は、実施例3と同様に扁平角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【0079】
以上のように作製された実施例1〜4、比較例1〜2のそれぞれのについて、定電流400mA、4.2V、5h充電後、400mAの定電流で2.75Vまで放電し、電池初期容量を測定した。また、4.2V充電後、90℃に保存し、電池ケース厚みを測定した。その結果を表1に示した。
【0080】
【表1】

Figure 0003552377
【0081】
表1において、「4.2V充電後の電池厚み」は、実施例1〜4については、凸部の頂上を含む最大厚みを測定した値である。
【0082】
また、「90℃一日保存後電池厚み増加分」は、電池を90℃で一日保存した後に測定した電池厚みの値から、「4.2V充電後電池厚み」の値を引いたものである。
【0083】
表から明らかなように、比較例1および2では電池厚み増加分がそれぞれ0.63mmおよび0.55mmであるのに対して、実施例1〜4では0.23〜0.43mmと非常に小さい値を示している。
【0084】
電池を90℃で1日間保存すると、電解液中の溶媒の蒸気圧が上昇することにより電池内部の圧力が上昇する。また、電解液中の溶質が分解しガス化することによりさらに電池内部の圧力が上昇することになる。
【0085】
この結果、凸部を持っていない比較例1および2の電池では、電池厚みの増加分が比較的大きな値となる。これに対して、実施例1〜4においては、電池ケースの側面に凸部があるので電池内部の圧力が上昇しても電池ケースの変形を抑えることになる。
【0086】
このように、本発明の電池ケースを用いた扁平角形非水電解液二次電池は90℃に保存した場合、電池ケースの厚み増加が小さく、高温保存時において高い信頼性が得られることがわかった。
【0087】
なお、本発明は上述の実施例に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0088】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は角形などの扁平な形状の電池において、最も面積の大きい面(広幅面)に外部方向に向いた凸部を一つ以上設け強度を与えることにより、電池を高温に曝しても電池内圧の上昇に対して電池厚みの膨張を抑え機器の破損を防止することが可能となり、高い信頼性と高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明二次電池の一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明二次電池に用いる負極、正極、およびセパレータを示す平面図である。
【符号の説明】
1 負極
2 正極
3 セパレータ
4 負極リード
5 正極リード
6 サブリード
7 ガスケット
8 正極端子
9 電池フタ
10 接着テープ
11 絶縁シート
12 電池ケース
13,14 凸部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a battery case and a secondary battery using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, new portable electronic devices such as a camera-integrated VTR, a mobile phone, and a laptop computer have been appearing one after another, and their size and weight have been reduced more and more. In order to obtain higher energy density, active research and development are being carried out.
[0003]
Under such circumstances, a lithium ion secondary battery using a non-aqueous electrolyte has been proposed as a secondary battery having a higher energy density than an aqueous electrolyte secondary battery such as a lead battery and a nickel cadmium battery, and commercialization has begun. Was.
[0004]
Lithium ion secondary batteries include a cylindrical battery in which spirally wound electrodes are inserted into a cylindrical case, a folded electrode, a rectangular laminated electrode, and an elliptically wound electrode in a rectangular shape. There is a prismatic battery inserted in the case. The latter has higher space efficiency than cylindrical batteries, and has been increasingly required in recent years as devices have become thinner.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned small secondary battery is used not only in normal use but also in a car in the middle of summer, and high reliability is required. In particular, a rectangular battery case is weaker in strength than a cylindrical battery case, and thus easily deforms as the battery internal pressure increases. Therefore, in the case of a battery that can be housed inside a device, if the battery is exposed to a high temperature, it may not be able to be taken out due to the expansion of the battery or the device may be damaged. If an attempt was made to give a margin to the dimensions in advance, the energy density was lowered and a sufficient operating time could not be obtained.
[0006]
Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and has a high reliability and a high energy density without suppressing the expansion of the battery case even when exposed to a high temperature without damaging the device. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having:
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies, and found that, by providing a convex portion on the side surface of the battery, it is possible to suppress expansion of the battery thickness even when exposed to high temperatures and prevent damage to the device. .
[0008]
The present invention provides a flat battery such as a prismatic battery, which has one or more protrusions on a surface having the largest area (hereinafter, abbreviated as a wide surface), thereby giving strength to the wide surface and increasing the internal pressure of the battery. On the other hand, it is intended to prevent swelling.
[0009]
Although the present invention is applicable to any secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery will be described below as an example.
[0010]
Any positive / negative electrode material that can constitute a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used.However, considering the degree of expansion of the active material due to charge and discharge and the boiling point of the non-aqueous solvent used in the electrolyte, the shape of the convex portion is considered. , Dimensions, and the number thereof can be appropriately selected.
[0011]
Further, the material of the battery case used in the present invention can be appropriately selected in consideration of strength and workability thereof. Available materials include iron, nickel, stainless steel, aluminum, and the like. If corrosion occurs with a non-aqueous electrolytic solution or the like, plating or the like can be used.
[0012]
The battery case having a flat shape of the present invention can be manufactured by any method. For example, it can be manufactured by squeezing a steel plate or the like made of the above-mentioned various materials into several stages using a mold made of at least one set of male and female. Then, before or after the squeezing molding, the can is subjected to embossing using another mold to obtain the convex-shaped can of the present invention.
[0013]
However, since the ratio of the effective volume that can be filled with the positive electrode and the negative electrode to the total volume of the battery is reduced by providing the convex portion, and the energy density is lost, the dimensions need to be determined in consideration of this point.
[0014]
Further, the secondary battery of the present invention will be described in detail.
The secondary battery of the present invention has an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are insulated by a resinous porous separator, is made by injecting a non-aqueous electrolyte, and has one or more convex portions on a wide surface of a battery case. It is characterized by having.
[0015]
As the secondary battery of the present invention, a stacked electrode element formed by stacking a plurality of combinations of flat positive and negative electrodes and an elliptical electrode element obtained by winding a strip-shaped positive and negative electrodes in an elliptical shape can be used.
[0016]
Materials that can be used as the negative electrode material of the present invention include oxides having relatively low potential, such as iron oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, and titanium oxide, and other oxides and carbon materials.
[0017]
As the carbon material used for the negative electrode, any of the carbon materials used for this type of secondary battery can be used, but the carbon materials listed below are particularly preferable.
[0018]
First, a carbonaceous material obtained by carbonizing an organic material by a method such as firing.
[0019]
Organic materials used as starting materials include phenolic resins, acrylic resins, vinyl halide resins, polyimide resins, polyamideimide resins, polyamide resins, conjugated resins such as polyacetylene and poly (p-phenylene), cellulose and derivatives thereof, and Can be used.
[0020]
Others, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphene, pentacene, and other derivatives (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, carboxylic imides, etc.), Various types of pitches containing a mixture as a main component, acenaphthylene, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, condensed heterocyclic compounds such as phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine, and derivatives thereof can also be used.
[0021]
Further, a furan resin composed of a homopolymer or copolymer of furfuryl alcohol or furfural is also particularly suitable. The carbonaceous material obtained by carbonizing this furan resin has a (002) plane spacing of 0.370 nm or more, a true density of 1.7 g / cc or less, has no oxidative heat generation peak at 700 ° C. or more in DTA, and has a negative electrode of a battery. It shows very good properties as a material.
[0022]
The temperature at which these organic materials are fired varies depending on the starting materials, and is usually 500 to 2000 ° C.
Alternatively, a petroleum pitch having a specific H / C atomic ratio into which a functional group containing oxygen is introduced (so-called oxygen cross-linking) also exhibits excellent properties when carbonized, similar to the furan resin. It can be used as an organic material.
[0023]
The petroleum pitch is distilled (vacuum distillation, normal pressure distillation, steam distillation) from coal tar, ethylene bottom oil, tar obtained by high-temperature pyrolysis of crude oil, asphalt, etc., thermal polycondensation, extraction, chemical polycondensation, etc. Obtained by the following operation.
[0024]
At this time, the H / C atomic ratio of the petroleum pitch is important, and in order to obtain non-graphitizable carbon, the H / C primitive ratio needs to be 0.6 to 0.8.
The specific means for introducing a functional group containing oxygen into these petroleum pitches is not limited. For example, a wet method using an aqueous solution of nitric acid, mixed acid, sulfuric acid, hypochlorous acid or the like, or an oxidizing gas (air, oxygen) A dry method, and a reaction with a solid reagent such as sulfur, ammonium nitrate, ammonium persulfate, and ferric chloride are used.
[0025]
For example, when oxygen is introduced into petroleum pitch by the above-described method, the final carbonaceous material is obtained in a solid state without melting in the carbonization process (400 ° C. or higher). Similar to
[0026]
The negative electrode material is obtained by carbonizing the petroleum pitch into which the functional group containing oxygen is introduced by the above-described method, regardless of the conditions at the time of carbonization, where the (002) plane spacing is 0.370 nm or more and the true density is 1 If the carbonaceous material is set so as to satisfy the property of not more than 0.7 g / cc and having no oxidative heat generation peak at 700 ° C. or more in DTA, a large lithium doping amount per unit weight can be obtained. This is because, for example, by setting the oxygen content of the precursor obtained by subjecting petroleum pitch to oxygen cross-linking to 10% by weight or more, the spacing between the (002) planes can be made 0.370 nm or more. Therefore, the oxygen content of the precursor is preferably set to 10% by weight or more, and is practically in the range of 10 to 20% by weight.
[0027]
When a carbonaceous material is obtained using the above raw material organic materials, for example, after carbonizing at 300 to 700 ° C. in a nitrogen stream, the temperature is increased at a rate of 1 to 20 ° C. per minute in a nitrogen stream, and an ultimate temperature of 900 to 1300 ° C. The baking may be performed under the condition that the holding time at the ultimate temperature is about 0 to 5 hours. Of course, the carbonization operation may be omitted in some cases.
[0028]
Further, a special negative electrode compound having a large lithium doping amount can be used by adding a phosphorus compound or a boron compound when carbonizing the furan resin or petroleum pitch.
[0029]
Examples of the phosphorus compound include oxides of phosphorus such as phosphorus pentoxide, oxo acids such as orthophosphoric acid, and salts thereof. Phosphorus oxide and phosphoric acid are preferable from the viewpoint of ease of handling.
[0030]
The amount of the phosphorus compound to be added is 0.2 to 30% by weight, preferably 0.5 to 15% by weight in terms of phosphorus based on the organic material or the carbonaceous material, and the ratio of phosphorus remaining in the negative electrode material is 0%. 0.2 to 9.0% by weight, preferably 0.3 to 5% by weight.
[0031]
As the boron compound, boron oxide or boric acid can be added in the form of an aqueous solution. The amount of the boron compound to be added is 0.2 to 30% by weight, preferably 0.5 to 15% by weight in terms of boron based on the organic material or the carbonaceous material, and the ratio of boron remaining in the negative electrode material is 0%. 0.2 to 9.0% by weight, preferably 0.3 to 5% by weight.
[0032]
In addition, graphite has a higher true density than low-temperature-treated carbonaceous materials such as coke and glassy carbon, and thus has a high electrode filling property as an active material, and therefore has a high energy density secondary battery in design. Becomes possible.
[0033]
As a material having a large true density that gives high electrode filling properties, a carbon material such as graphite is preferable. Among them, in order to obtain a higher electrode filling property, the true density is 2.1 g / cm. 3 More preferably, 2.18 g / cm 3 The above is more preferred. In order to obtain such a true density, the (002) plane spacing obtained by the X-ray diffraction method preferably satisfies less than 0.339 nm, more preferably 0.335 nm or more and 0.337 nm or less, and the C-axis of the 002 plane. It is necessary that the crystallite thickness be 16.0 nm or more, more preferably 300 nm or more.
[0034]
A typical example of the carbon material having the above-mentioned properties is natural graphite. Further, artificial graphite obtained by carbonizing an organic material and further performing high-temperature treatment also shows the crystal structure parameters.
[0035]
Coal and pitch are typical examples of the organic material used as a starting material in producing the artificial graphite.
Examples of pitch include distillation (vacuum distillation, normal pressure distillation, steam distillation) from coal tar, ethylene bottom oil, tar obtained from high-temperature pyrolysis of crude oil, asphalt, etc., hot polycondensation, extraction, chemical polycondensation, etc. There are also those obtained by the operation, and other pitches generated during wood carbonization.
[0036]
Further, starting materials for forming the pitch include polyvinyl chloride resin, polyvinyl acetate, polyvinyl butyrate, and 3,5-dimethylphenol resin.
[0037]
These coals and pitches exist in a liquid state at a maximum of about 400 ° C. during the carbonization, and by holding at that temperature, the aromatic rings are condensed and polycyclic to form a laminated orientation, and thereafter, a temperature of about 500 ° C. or more , A solid carbon precursor or semi-coke is formed. Such a process is called a liquid phase carbonization process, and is a typical production process of graphitizable carbon.
[0038]
In addition, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, perylene, pentaphene, and pentacene, other derivatives (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, and carboxylic imides), or mixtures thereof, and acenaphthylene , Indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine and the like, and also derivatives thereof can be used as raw materials.
[0039]
In order to produce a desired artificial graphite using the above organic material as a starting material, for example, the above organic material is carbonized at 300 to 700 ° C. in an inert gas stream such as nitrogen and then heated in an inert gas stream. It is obtained by calcining at a rate of 1 to 100 ° C. per minute, a reaching temperature of 900 to 1500 ° C., a holding time at the reaching temperature of about 0 to 30 hours, and a heat treatment at 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher Can be Of course, in some cases, the carbonization or calcination operation may be omitted.
[0040]
The carbon material or graphite material that has been heat-treated at a high temperature is pulverized and classified for use as a negative electrode material. This pulverization may be performed before or after carbonization, calcination, high-temperature heat treatment, or during the temperature raising process.
[0041]
Further, in order to obtain a graphite material having more practical performance, it is preferable to use a material satisfying the following physical properties.
[0042]
True density 2.1 g / cm as graphite material 3 And the bulk specific gravity is 0.4 g / cm 3 It is preferable to use the above graphite materials. Since the graphite material has a high true density, forming a negative electrode with the graphite material enhances the electrode filling property and improves the energy density of the battery. In particular, the bulk specific gravity of the graphite material is 0.4 g / cm. 3 When the above graphite material is used, such a graphite material having a large bulk specific gravity can be dispersed relatively uniformly in the negative electrode mixture layer. The characteristics are improved.
[0043]
Furthermore, the bulk specific gravity is 0.4 g / cm 3 When a material having a low flatness and having the average shape parameter xave of 125 or less is used, the electrode structure is further improved, and the cycle characteristics are further improved.
[0044]
In order to obtain the above graphite material, a method of performing a heat treatment for graphitization in a state where carbon is formed into a molded body is preferable. By grinding this graphitized molded body, the bulk specific gravity is higher, and the average shape parameter is increased. A graphite material having a small xave can be obtained.
[0045]
Further, the bulk specific gravity and the average shape parameter xave of the graphite material are in the above ranges, and the specific surface area is 9 m. 2 / G or less, the amount of submicron fine particles adhering to the graphite particles is small, the bulk specific gravity is high, the electrode structure is good, and the cycle characteristics are further improved.
[0046]
In the particle size distribution determined by the laser diffraction method, graphite powder having a cumulative 10% particle size of 3 μm or more, a cumulative 50% particle size of 10 μm or more, and a cumulative 90% particle size of 70 μm or less is used. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery with high safety and reliability can be obtained. Small particles have a large specific surface area, but by limiting this content, it is possible to suppress abnormal heat generation such as overcharging due to particles having a large specific surface area and to limit the content of large particles. Thereby, an internal short circuit due to the expansion of the particles at the time of the initial charge can be suppressed, and a practical non-aqueous electrolyte secondary battery having high safety and reliability can be realized.
[0047]
Further, the average value of the breaking strength of the particles is 6.0 kgf / mm. 2 By using the graphite powder described above, a large number of pores for allowing the electrolyte to be contained in the electrode can be present, and a nonaqueous electrolyte secondary battery having good load characteristics can be obtained.
[0048]
On the other hand, the cathode material used in combination with the anode made of the above-mentioned anode material is not particularly limited, but preferably contains a sufficient amount of Li, for example, a general formula LiMO 2 (Where M represents at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti), a composite metal oxide composed of lithium and a transition metal, an intercalation compound containing Li, or the like is preferable. is there.
[0049]
In the non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent is used as the electrolyte.
[0050]
As a non-aqueous solvent for dissolving the electrolyte, it is premised that a solvent having a relatively high dielectric constant such as EC is used as a main solvent, but it is necessary to further add a low viscosity solvent of a plurality of components to complete the present invention. There is.
[0051]
As the high dielectric constant solvent, PC, butylene carbonate, vinylene carbonate, sulfolane, butyrolactone, valerolactone, and the like are preferable. As the low-viscosity solvent, symmetric or asymmetric chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and methyl propyl carbonate are preferable, and furthermore, two or more low-viscosity solvents may be used in combination. The result is obtained.
[0052]
In particular, when a graphite material is used for the negative electrode, EC is first preferred as the main solvent of the non-aqueous solvent, but a compound having a structure in which a hydrogen atom of EC is replaced by a halogen element is also suitable.
[0053]
In addition, although it is reactive with a graphite material like PC, a very small amount of the second component solvent is used for EC or a compound having a structure in which a hydrogen atom of EC is replaced with a halogen element as a main solvent. , Good characteristics can be obtained. As the second component solvent, PC, butylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxymethane, γ-butyrolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4- Methyl-1,3-dioxolan, sulfolane, methylsulfolane and the like can be used, and the addition amount thereof is preferably less than 10 Vol%.
[0054]
Further, to complete the present invention, a third solvent is added to the main solvent or a mixed solvent of the main solvent and the second component solvent to improve conductivity, suppress EC decomposition, and improve low-temperature characteristics. In addition, the reactivity with lithium metal may be reduced to improve safety.
[0055]
As the solvent of the third component, a chain carbonate such as DEC (diethyl carbonate) or DMC (dimethyl carbonate) is preferable. Further, an asymmetric chain carbonate such as MEC (methyl ethyl carbonate) and MPC (methyl propyl carbonate) is preferable. The mixing ratio of the chain carbonate as the third component to the main solvent or the mixed solvent of the main solvent and the second component solvent (main solvent or the mixed solvent of the main solvent and the second component solvent: the third component solvent) is a volume. The ratio is preferably from 15:85 to 40:60, and more preferably from 18:82 to 35:65.
[0056]
Further, the solvent of the third component may be a mixed solvent of MEC and DMC. The MEC-DMC mixing ratio is preferably in the range represented by 1/9 ≦ d / m ≦ 8/2, where the MEC capacity is m and the DMC capacity is d. The mixing ratio of the main solvent or the mixed solvent of the main solvent and the second component solvent and the MEC-DMC serving as the solvent of the third component is as follows: when the MEC capacity is m, the DMC capacity is d, and the total amount of the solvent is T, The range is preferably represented by 3/10 ≦ (m + d) / T ≦ 9/10, and more preferably the range represented by 5/10 ≦ (m + d) / T ≦ 8/10.
[0057]
As the electrolyte dissolved in such a non-aqueous solvent, any electrolyte used in this main battery can be used by mixing one or more kinds. For example, LiPF 6 Is preferred, but other LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, LiBr and the like can also be used.
[0058]
The present invention provides a battery having a flat shape such as a rectangular shape, in which one or more convex portions are provided on the widest surface having the largest area to provide strength. It is intended to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having high reliability and high energy density, which can suppress expansion of the battery and prevent breakage of equipment.
[0059]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the secondary battery of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0060]
Example 1
FIG. 1 shows the configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured in this example.
First, the negative electrode 1 was produced as follows.
A petroleum pitch appropriately selected from the H / C atomic ratio range of 0.6 to 0.8 was pulverized and oxidized in an air stream to obtain a carbon precursor. The quinoline-insoluble matter (JIS centrifugal method: K2425-1983) of this carbon precursor was 80%, and the oxygen content (by organic element analysis) was 15.4% by weight.
[0061]
The carbon precursor was heated to 1000 ° C. in a nitrogen stream and heat-treated, and then pulverized to obtain a carbon material powder having an average particle diameter of 10 μm. As a result of X-ray diffraction measurement of the non-graphitizable carbon material obtained at this time, the (002) plane spacing was 0.381 nm and the true specific gravity was 1.54.
[0062]
90 parts by weight of the carbon material powder is mixed with 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry, and the negative electrode slurry is prepared. Prepared.
[0063]
Then, the negative electrode slurry thus obtained is uniformly applied to both sides of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, and then compression-molded by a roll press to produce a strip-shaped electrode. did. This strip electrode was cut into a rectangular shape as shown in FIG.
[0064]
Next, the positive electrode 2 was produced as follows.
Lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed at a ratio of 0.5 mol: 1.0 mol and calcined in air at 900 ° C. for 5 h to obtain LiCoO 2.
[0065]
LiCoO thus obtained 2 , 91 parts by weight were mixed with 6 parts by weight of graphite as a conductive material and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture was dispersed in a solvent N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. And a positive electrode slurry was prepared.
[0066]
Then, the positive electrode slurry thus obtained is uniformly applied to both sides of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil serving as a positive electrode current collector, dried, and then compression-molded by a roll press to produce a strip-shaped electrode. did. This strip-shaped electrode was cut into a rectangular shape shown by a dotted line in FIG.
[0067]
Then, the negative electrode 1 and the positive electrode 2 were sandwiched by a separator 3 made of a microporous polypropylene film, and fixed with an adhesive tape 10 to obtain a laminated electrode element.
[0068]
Next, as shown in FIG. 1, an insulating sheet 11 is laid on the bottom of a flat iron battery case 12 made of nickel and having a thickness of 450 μm and having two convex portions 13 and 14 facing outward, and is placed in the nickel sheet. The laminated electrode element was inserted.
Note that, when viewed from the left and right directions in FIG. 1, the projections 13 and 14 have a circular shape around them.
[0069]
Next, the sub-lead 6 was welded to the positive electrode terminal 8 attached to the battery lid 9 via the gasket 7 in advance. Here, the positive electrode leads of the laminated electrode element were bundled and welded to the sub-leads 6. The negative electrode lead was also bundled and welded to the battery case 12.
[0070]
LiPF in a mixed solvent of 50% by volume of PC and 50% by volume of DMC 6 Was dissolved into the battery case 12 at a rate of 1 mol / l, and the battery lid 9 was fixed to the battery case 12 by laser welding to produce a flat rectangular lithium ion secondary battery. .
[0071]
Example 2
A flat rectangular lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a battery case having one convex portion was used.
[0072]
Example 3
A method for producing a graphite sample powder obtained from the graphitized molded body used in this example as a negative electrode material will be described.
[0073]
First, 30 parts by weight of coal tar pitch as a binder is added to 100 parts by weight of coal-based coke as a filler, mixed at about 100 ° C., and then compression-molded by a press to obtain a precursor of a carbon molded body. Obtained. The carbon material molded body obtained by heat-treating the precursor at a temperature of 1000 ° C. or less is further impregnated with a binder pitch melted at a temperature of 200 ° C. or less, and heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or less. Was. Thereafter, this carbon molded body was heat-treated at 2600 ° C. in an inert atmosphere to obtain a graphitized molded body, and then pulverized and classified to prepare a graphite material powder as a sample.
[0074]
The graphite material powder obtained at this time had a true density of 2.23 g / cm. 3 , Bulk specific gravity = 0.83 g / cm 3 , Average shape parameter Xave. = 10, specific surface area = 4.4m 2 / G, average particle size = 31.2 μm, cumulative 10% particle size = 12.3 μm, cumulative 50% particle size = 29.5 μm, cumulative 90% particle size = 53.7 μm.
[0075]
This graphite material powder was used as a negative electrode material, and LiPF was used as a mixed solvent of EC 50% by volume and DEC 50% by volume. 6 Was prepared in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution prepared by dissolving the compound at a ratio of 1 mol / l was used.
[0076]
Example 4
The same negative electrode material as in Example 3 was used. The battery case used had one convex portion. Except for these, a flat rectangular lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as in Example 1.
[0077]
Comparative Example 1
A flat prismatic lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a flat prismatic battery case having no convex portion was used.
[0078]
Comparative Example 2
A flat prismatic lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 3, except that a flat prismatic battery case having no convex portion was used.
[0079]
For each of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2 produced as described above, the battery was charged to a constant current of 400 mA, 4.2 V, and 5 hours, and then discharged to 2.75 V at a constant current of 400 mA. Was measured. After charging at 4.2 V, the battery was stored at 90 ° C., and the thickness of the battery case was measured. The results are shown in Table 1.
[0080]
[Table 1]
Figure 0003552377
[0081]
In Table 1, “Battery thickness after 4.2 V charge” is a value obtained by measuring the maximum thickness including the top of the convex portion in Examples 1 to 4.
[0082]
The “increase in battery thickness after storage at 90 ° C. for one day” is obtained by subtracting the value of “battery thickness after charging 4.2 V” from the value of the battery thickness measured after storing the battery at 90 ° C. for one day. is there.
[0083]
As is clear from the table, in Comparative Examples 1 and 2, the increase in the battery thickness was 0.63 mm and 0.55 mm, respectively, whereas in Examples 1 to 4, it was very small, 0.23 to 0.43 mm. Indicates the value.
[0084]
When the battery is stored at 90 ° C. for one day, the internal pressure of the battery increases due to an increase in the vapor pressure of the solvent in the electrolyte. Further, the pressure inside the battery further increases due to the decomposition and gasification of the solute in the electrolytic solution.
[0085]
As a result, in the batteries of Comparative Examples 1 and 2 having no protrusion, the increase in the battery thickness becomes a relatively large value. On the other hand, in Examples 1 to 4, since the battery case has the convex portion on the side surface, the deformation of the battery case is suppressed even when the pressure inside the battery increases.
[0086]
Thus, when the flat non-aqueous electrolyte secondary battery using the battery case of the present invention is stored at 90 ° C., the increase in thickness of the battery case is small, and high reliability can be obtained during high-temperature storage. Was.
[0087]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but may adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention.
[0088]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention provides a battery having a flat shape such as a prismatic shape by providing one or more convex portions facing the outer direction on a surface having the largest area (wide surface) to give strength. Provides a non-aqueous electrolyte secondary battery with high reliability and high energy density by suppressing the expansion of the battery thickness against the rise in battery internal pressure even when the battery is exposed to high temperatures and preventing damage to equipment. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the secondary battery of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a negative electrode, a positive electrode, and a separator used in the secondary battery of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 negative electrode
2 Positive electrode
3 separator
4 Negative electrode lead
5 Positive electrode lead
6 Sub Lead
7 Gasket
8 Positive terminal
9 Battery cover
10 Adhesive tape
11 Insulation sheet
12 Battery case
13,14 convex part

Claims (7)

リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な負極材料を含有してなる負極混合物を帯状の箔の両面に塗布し、成形した帯状負極と、
Li x MO y (但し、MはCo,Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも1種を表す。)よりなる正極材料を含有してなる正極混合物を帯状の箔の両面に塗布し、成形した帯状正極と、
セパレータで正極と負極とが絶縁されてなる電極素子を有し、
扁平な形状の電池缶に上記電池素子を収納し、電解液を注入してなる二次電池において、
外部方向に向いた周囲の形状が略円形の凸部を電池ケースの広幅面に一つ以上有することを特徴とする二次電池。
A negative electrode mixture containing a negative electrode material capable of doping and undoping lithium ions is applied to both sides of a strip-shaped foil, and a shaped strip negative electrode,
Li x A positive electrode mixture containing a positive electrode material composed of MO y (where M represents at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti) is applied to both sides of a strip-shaped foil and molded. Strip-shaped positive electrode,
Having an electrode element in which the positive electrode and the negative electrode are insulated by the separator,
In a secondary battery in which the battery element is housed in a flat battery can and an electrolyte is injected,
A secondary battery characterized in that the battery case has one or more convex portions having a substantially circular shape facing the outside on a wide surface of the battery case.
樹脂製多孔質セパレータで正極と負極とが絶縁されてなる電極素子を有し、非水電解液を注入してなる請求項1記載の二次電池。The secondary battery according to claim 1, further comprising an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are insulated by a resin porous separator, and wherein a non-aqueous electrolyte is injected. リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な炭素材料よりなる負極と、Lix MOy (但し、MはCo,Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも1種を表す。)よりなる正極と、非水電解液から構成されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。A negative electrode made of a carbon material capable of doping and undoping lithium ions; and a positive electrode made of Li x MO y (where M represents at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti). 2. The secondary battery according to claim 1, comprising a non-aqueous electrolyte. リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な黒鉛材料よりなる負極と、Lix MOy (但し、MはCo,Ni,Mn,Fe,Al,V,Tiの少なくとも1種を表す。)よりなる正極と、非水電解液から構成されることを特徴とする請求項1記載の二次電池。A negative electrode made of a graphite material capable of doping / dedoping lithium ions; and a positive electrode made of Li x MO y (where M represents at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti). 2. The secondary battery according to claim 1, comprising a non-aqueous electrolyte. セパレータで正極と負極とが絶縁されてなる電極素子を有し、電解液を注入してなる二次電池において、
外部方向に向いた凸部を電池ケースの広幅面に一つ以上有することを特徴とする二次電池。
In a secondary battery having an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are insulated by a separator, and injecting an electrolytic solution,
A secondary battery having at least one convex portion facing outward in a wide surface of a battery case.
セパレータで正極と負極とが絶縁されてなる電極素子を有し、電解液を注入してなる二次電池において、
外部方向に向いた凸部を、角形電池ケースの広幅面に一つ以上有することを特徴とする二次電池。
In a secondary battery having an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are insulated by a separator, and injecting an electrolytic solution,
A secondary battery having at least one convex portion facing outward on a wide surface of a rectangular battery case.
セパレータで正極と負極とが絶縁されてなる電極素子を有し、電解液を注入してなる二次電池において、
外部方向に向いた凸部を、扁平角形電池ケースの広幅面に一つ以上有することを特徴とする二次電池。
In a secondary battery having an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are insulated by a separator, and injecting an electrolytic solution,
A secondary battery having at least one convex portion facing outward on a wide surface of a flat rectangular battery case.
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