JP4055345B2

JP4055345B2 - Solid electrolyte battery

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Publication number: JP4055345B2
Application number: JP2000301412A
Authority: JP
Inventors: 悟郎柴本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2001167798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極と、帯状の負極とが固体電解質層（さらには、必要に応じてセパレータ）を介して積層され、長手方向に巻回されてなる電極巻回体を備えた固体電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、ポータブル化、高性能化に伴い、エネルギー貯蔵源である電池の小型化、高容量化が急がれており、その中でも、高作動電圧、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。現在のリチウムイオン二次電池に使用されている電解質は非水電解液であり、これには電解液の漏液という問題を抱えている。この問題を解決する方法として、ゲル状電解質、固体電解質を用いた電池が挙げられる。これらの電池は電解液の漏液問題がない、電池の薄型化が可能、フレキシビリティがあるという利点を有していることから、小型携帯機器への適用が盛んになっている。
【０００３】
ところで、薄型電池の構造であるが、従来の技術では、帯状の正極と、セパレータと、帯状の負極とを重ね合わせ、作製された素電池を巻回し、その後に正極及び負極に電極端子を取り付け、プラスチックフィルムのラミネート材に数カ所熱融着もしくは真空シールすることにより薄型電池を作製していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体電解質電池においては、電池が外部からの圧力により押しつぶされたりする等、不慮の事故にあって、電池内において正極と負極とが短絡することで、発熱や発煙等により電池全体に損傷を与えるおそれがあった。また、既存の電池はベタ塗り電極、すなわち電極集電体露呈部分のない帯状電極を使用しており、この電極を用いて巻回した際には最外周にも電極活物質層がきており、この電極活物質層は未使用部分となるため、体積エネルギー密度的にもロスが生じる。
【０００５】
本発明は上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、電池が圧壊しても損傷を最小限に抑えることができる固体電解質電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体電解質電池は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極とが、固体電解質層およびセパレータを介して積層され、長手方向に巻回されてなる巻回体を有する。そして、本発明の固体電解質電池は、上記巻回体が、最外周部となる正極電極の長さ方向の一端部に、正極集電体の片面が露出している正極集電体片面露呈部分を有し、その正極集電体片面露呈部分が、上記巻回体の外周を１周以上覆っていることを特徴とする。
【０００７】
上述したような本発明に係るゲル電解質電池では、最外周部となる正極電極の一端部に正極集電体片面露呈部分を有し、その正極集電体片面露呈部分が、上記巻回体の外周を１周以上覆っているので、電池が圧壊して正極と負極とが短絡しても、初期の段階において正極集電体露呈部分が短絡により発生する熱を拡散するので、電極活物質層への影響はほとんどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。
【０００８】
また、本発明においては、上記巻回体において、正極と負極とが固体電解質層及びセパレータを介して積層され、巻回されていてもよい。
【０００９】
正極、負極間に介在する層を固体電解質層のみにした場合、電池の歩留まりが低下する傾向が見られる。例えばゲル電解質層は、セパレータよりも軟らかいことから、面方向に圧力が加わった場合に、正極・負極間でショートが起こり、電池本来の役割を果たさなくなる可能性があるからである。
【００１０】
このような場合、セパレータを導入することにより、固体電解質層＋セパレータの合計厚さを固体電解質層単独の場合に比べて薄くしても歩留まりは下がらず、したがって、セパレータの導入により、歩留まり良く高エネルギー密度の固体電解質電池が実現される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本実施の形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図１及び図２に示す。このゲル電解質電池１は、帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状の負極３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４とを備える。そして、このゲル電解質電池１は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回された、図３に示す電極巻回体５が、絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉されている。そして、正極２には正極端子７が、負極３には負極端子８がそれぞれ接続されており、これらの正極端子７と負極端子８とは、外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み込まれている。
【００１３】
正極２は、図４に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００１４】
正極活物質層２ａは、まず、例えば正極活物質と、導電材と、結着材とを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により正極集電体２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、正極活物質、導電材、結着材及び溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００１５】
ここで、正極活物質としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。具体的に、正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等が例示される。遷移金属元素は１種類のみの使用だけでなく、２種類以上の使用も可能である。ＬｉＮｉ_0.5Ｃｏ_0.5Ｏ₂等がその例として挙げられる。
【００１６】
また、導電材としては、例えば炭素材料等が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００１７】
そして、正極２は、図４に示すように、長さ方向の一端部に、正極集電体２ｂの一方の面にのみ正極活物質層２ａが形成され、正極集電体２ｂの他方の面が露出している正極集電体片面露呈部分１０ａを有している。
【００１８】
この正極集電体片面露呈部分１０ａが形成されている側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の外周側となる。そして、この正極集電体片面露呈部分１０ａは、図５に示すように、電極巻回体５の外周を１周以上覆うこととなる。ここで、電極巻回体５の最外周部分において、正極集電体片面露呈部分１０ａに対向して負極３は配されておらず、正極集電体片面露呈部分１０ａのみが電極巻回体５の外周を覆っている。
【００１９】
さらに、この正極集電体片面露呈部分１０ａの、電極巻回体５とされたときに外周側となる端部は、正極活物質層２ａが形成されず、正極集電体２ｂの両面が露出している正極集電体両面露呈部分１０ｂとされている。そして、この正極集電体両面露呈部分１０ｂは、図５に示すように、電極巻回体５の外周を１周以上覆う正極集電体片面露呈部分１０ａの外側を更に１周以上覆うこととなる。ここで、以下の説明において、上記正極集電体片面露呈部分１０ａと上記正極集電体両面露呈部分１０ｂとを併せて単に正極集電体露呈部分１０と称する場合がある。
【００２０】
また、正極２は長さ方向の他端部に、スポット溶接又は超音波溶接で接続された正極端子７を有している。この正極端子７は、金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子７の材料としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。
【００２１】
正極端子７は、負極端子８と同じ方向に出ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題はない。また、正極端子７の接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。
【００２２】
また、負極３は、図６に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂの両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
【００２３】
負極活物質層３ａは、まず、例えば負極活物質と、導電材と、結着材とを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、負極活物質、導電材、結着材及び溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００２４】
負極活物質としては、Ｌｉをドープ・脱ドープ可能な材料が用いられる。具体的に、負極活物質としては、グラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。
【００２５】
また、導電材としては、例えば炭素材料等が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００２６】
そして、負極３は、図６に示すように、長さ方向の一端部に、負極集電体の一方の面にのみ負極活物質層３ａが形成され、負極集電体３ｂの他方の面が露出している負極集電体片面露呈部分１１ａを有している。この負極集電体片面露呈部分１１ａが形成されている側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の内周側となる。
【００２７】
このように、負極３の一端部に負極活物質層３ａが形成されていないのは、巻回を行う際に、初めは図７に示すような折り込みをするからである。折り込みをした際に、この部分の負極活物質層３ａは未反応部分となるため、負極活物質層３ａを形成すると、体積エネルギー密度のロスとなる。
【００２８】
また、負極３は長さ方向の一端部に、スポット溶接又は超音波溶接で接続された負極端子８を有している。この負極端子８は、金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子８の材料としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。
【００２９】
負極端子８は、正極端子７と同じ方向に出ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題はない。また、負極端子８の接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。
【００３０】
ゲル電解質は、非水溶媒と、電解質塩と、マトリクスポリマとを含有する。
【００３１】
非水溶媒としては、非水電解液の非水溶媒として用いられてる公知の溶媒を用いることが出来る。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。その中でも特に、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物を１種もしくは２種以上混合したものが好ましい。
【００３２】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものを用いることができる。カチオンにはリチウム等のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンが挙げられる。また、アニオンとしては、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-、Ｉ^-、ＳＣＮ^-、ＣｌＯ₄ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ^-等が挙げられる。そして、これらのカチオンとアニオンとを組み合わせて得られる電解質塩が用いられる。用いられる電解質塩としては、例えばＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が例として挙げられる。
【００３３】
なお、電解質塩濃度は、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ない。
【００３４】
そして、マトリクスポリマは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されてなる電解液をゲル化するものである。このようなマトリクスポリマとして具体的には、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−酢酸ビニル共重合体、ポリアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体等が挙げられる。これらのポリマは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
外装フィルム６は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回されてなる電極巻回体５を密閉パックするものである。この外装フィルムは、例えば順にポリエチレンテレフタレート層、アルミニウム層、ポリエチレンテレフタレート層、直鎖状低密度ポリエチレン層の順に積層された防湿性、絶縁性の多層フィルムからなる。
【００３６】
ここで、熱融着高分子膜は、直鎖状低密度ポリエチレン層であり、電池を密閉する際には直鎖状低密度ポリエチレン層が内側となる。なお、熱融着高分子膜としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン及びそれらの共重合体が用いられる。
【００３７】
外装フィルム６は、層内に少なくとも１層のアルミニウム層が存在しており、且つ、熱融着性高分子膜が少なくとも片面の表面に存在しており、かつ、防湿性、絶縁性が保たれていれば上記の構成に限られるものではない。
【００３８】
従来の固体電解質電池の圧壊による発熱や発煙等の問題は、巻回体が押しつぶされて電池内部で正極と負極とが短絡することにより発熱し、この熱により反応が引き起こされて発煙するものと考えられる。
【００３９】
上述したような構成を有する本発明のゲル電解質電池１では、最外周部となる電極の一端部に正極集電体露呈部分１０を有し、その集電体露呈部分１０が、電極巻回体５の外周を１周以上覆っているので、電池が圧壊して正極２と負極３とが短絡しても、初期の段階において正極集電体露呈部分１０が、短絡により発生する熱を拡散するので、電極活物質層への影響はほとんどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。
【００４０】
さらに、このゲル電解質電池１では、正極集電体片面露呈部分１０ａの外側をを正極集電体両面露呈部分１０ｂが覆っているので、熱の拡散をより効率的に行うことができ、信頼性をより高めることが出来る。
【００４１】
つぎに、このようなゲル電解質電池１の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、正極２としては、正極活物質と導電材と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４３】
ここで、正極合剤を正極集電体２ｂに塗布する際、図４に示すように、正極集電体２ｂの一端部の片面には正極合剤を塗布せず、正極集電体片面露呈部分１０ａとする。この正極集電体片面露呈部分１０ａとされた側は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の外周側となる。
【００４４】
さらに、この正極集電体片面露呈部分１０ａの一端部には、両面とも正極合剤を塗布せず、正極集電体両面露呈部分１０ｂとする。この正極集電体両面露呈部分１０ｂとされた側は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の外周側となる。
【００４５】
次に、正極シート上にゲル電解質層４を形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく攪拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
【００４６】
次に、この電解質溶液を正極シート上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ及び正極集電体露呈部分１０上にゲル電解質層４が形成される。
【００４７】
次に、ゲル電解質層４が形成された正極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４及び正極活物質層２ａを削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリード線を溶接して正極端子７とする。このようにしてゲル電解質層４が形成された帯状の正極２が得られる。
【００４８】
また、負極３は、負極活物質と導電材と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４９】
ここで、負極合剤を負極集電体３ｂ状に塗布する際、図６に示すように、負極集電体の一端部の、片面には負極合剤を塗布せず、負極集電体片面露呈部分１１ａとする。この負極集電体片面露呈部分１１ａとされた側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の内周側となる。
【００５０】
次に、負極シート上にゲル電解質層４を形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶液を負極活物質層３ａ上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、負極活物質３ｂ及び負極集電体片面露呈部分１１ａ上にゲル電解質層４が形成される。
【００５１】
次に、ゲル電解質層４が形成された負極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４及び負極活物質層３ａを削り取り、ここに例えばニッケル製のリード線を溶接して負極端子８とする。このようにしてゲル電解質層４が形成された帯状の負極３が得られる。
【００５２】
そして、以上のようにして作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４が形成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体５とする。このとき、図５に示したように、この正極集電体片面露呈部分１０ａは、電極巻回体５の外周を１周以上覆うこととなる。さらに、正極集電体両面露呈部分１０ｂは、電極巻回体５の外周を１周以上覆う正極集電体片面露呈部分１０ａの外側を更に１周以上覆うこととなる。
【００５３】
最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料からなる外装フィルム６によってパックするとともに、正極端子７と負極端子８とを封口部に挟み込むことにより、ゲル電解質電池１が完成する。
【００５４】
なお、本実施の形態に係るゲル電解質電池１では、図８に示すように、負極３が、長さ方向の他端部に、負極活物質層３ａが形成されず、負極集電体の両面が露出している負極集電体両面露呈部分１１ｂを有していても構わない。この負極集電体両面露呈部分１１ｂが形成されている側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５の外周側となる。そして、この負極集電体両面露呈部分１１ｂは、図９に示すように、正極集電体片面露呈部分１０ａと正極集電体両面露呈部分１０ｂとの間に挟まれて巻回されることとなる。
【００５５】
上述したようなゲル電解質電池１では、最外周部となる電極の一端部に集電体露呈部分を有し、その集電体露呈部分が、電極巻回体５の外周を１周以上覆っているので、電池が圧壊しても、初めに正極集電体露呈部分１０と負極集電体両面露呈部分１１ｂとが初めに短絡する。そして、このゲル電解質電池１では、正極集電体露呈部分１０と負極集電体両面露呈部分１１ｂとの短絡により発生する熱を拡散するので、電極活物質層への影響はほとんどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。
【００５６】
以上の各例では、正極と負極とを固体電解質層のみを介して巻回し、巻回体を構成するようにしているが、歩留まりの向上やエネルギー密度の向上を目的に、セパレータを介在させることも可能である。
【００５７】
この場合、正極と負極を固体電解質及びセパレータを介して巻回し、巻回体を構成することになる。
【００５８】
図１０乃至図１２は、図１乃至図７と同様の構成の固体電解質電池において、セパレータを介在させた例を示すものである。ここで、図１０は図２に、図１１は図５に、図１２は図７にそれぞれ対応する。
【００５９】
この例では、セパレータ１２がゲル電解質層４の中央部に配された形になっており、正極２と負極３は、これらセパレータ１２とゲル電解質層４の両者を介して積層され、巻回された状態となっている。
【００６０】
上記の構成とするためには、作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４が形成された側を対向させ、その間にセパレータ１２を入れて張り合わせ、プレスして電極積層体とすればよい。
【００６１】
図８及び図９に示す固体電解質電池においても同様であり、図１３に示すように、ゲル電解質層４が形成された正極２，負極３をセパレータ１２を介して積層すればよい。この図１３は、図９の構成に対応するものである。
【００６２】
上記セパレータ１２は、正極、負極間の短絡を防ぐ目的を持っており、通常、絶縁性高分子の多孔質膜等が用いられる。セパレータの材質としては、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。この場合、セパレータは１種類の材料から形成されたものに限らず、２種類以上の材料を混合して作製されたものであってもよい。あるいは、２種類以上の膜を張り合わせたものも使用可能である。例えば、ポリエチレン−ポリプロピレンを張り合わせたセパレータがその代表例である。
【００６３】
上記セパレータの厚みであるが、５μｍ〜１５μｍ程度にすることが望ましい。セパレータの厚さが５μｍ未満であると、歩留まりが低下する虞れがある。逆に、セパレータの厚さが１５μｍを越えると、電池内においてセパレータの占める割合が増加し、エネルギー密度の低下を招く。
【００６４】
正負極間に介在するのが固体電解質層のみの場合には、片面に１５μｍ以上の固体電解質層を塗布しないと、図１４に示すように歩留まり率が急激に下がることになる。
【００６５】
これに対して、正負極間に固体電解質層及びセパレータを介した場合には、例えばセパレータ１０μｍ、正極固体電解質層８μｍ、負極固体電解質層８μｍの合計２６μｍでも歩留まり率は下がらない。セパレータが正負極間の短絡を抑えるためである。
【００６６】
ところで、上述の構成の固体電解質電池においては、通常、有機溶剤として環状カーボネート系のプロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）を主として用いている。ＥＣやＰＣは粘性が高く、満足する特性を出すためには、電極塗布膜厚みを薄くすることが有効である。電極厚みを薄くした場合には、正負極間距離を短くすることによる効果は大きくなる。
【００６７】
そこで、固体電解質電池の正極塗布厚みを４０μｍ、負極塗布厚みを５０μｍ、非水電解液系リチウムイオン電池の正極塗布厚みを７０μｍ、負極塗布厚みを７５μｍとして、正負極間距離とエネルギー密度の相関を調べた。正負極間距離を２５μｍとしたときのエネルギー密度を１００％とし、正負極間距離を大きくした場合、若しくは小さくした場合のエネルギー密度の増減を図１５に示す。
【００６８】
図１５に示すように、固体電解質電池の方が正負極間距離に対するエネルギー密度の変化率が大きく、したがって、固体電解質電池では、セパレータの導入により電極間距離を短くすることが、エネルギー密度を向上させる上で有効な手段であると言える。
【００６９】
上述したような本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、円筒型、角型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、本発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。
【００７１】
【実施例】
以下に示す実施例では、本発明の効果を確認すべく、上述したような構成の固体電解質電池を作製し、圧壊試験を行った。
【００７２】
〈実施例１〉
まず、正極を以下のようにして作製した。
【００７３】
正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質となるＬｉＣｏＯ₂を得た。このＬｉＣｏＯ₂を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。
【００７４】
このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布する際、正極集電体の一端部の片面には正極合剤を塗布せず、正極集電体片面露呈部分とした。この正極集電体片面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。
【００７５】
そして、以上のようにして作製された正極シート上ににゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ₆を１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３０重量部と、マトリクスポリマーとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
【００７６】
次に、この電解質溶液を正極シート上に均一に塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフランを除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このようにして、正極シートの両面に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【００７７】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。
【００７８】
得られた正極は、長さ方向の一端部が、正極集電体の他方の面が露出している正極集電体片面露呈部分とされている。この正極集電体片面露呈部分が形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。
【００７９】
次に、負極を以下のようにして作製した。
【００８０】
負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。
【００８１】
次に、負極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【００８２】
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。
【００８３】
次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に、正極が外側、負極が内側となるように巻回することにより電極巻回体を得た。このとき、正極集電体片面露呈部分は、巻回体の外周を１周以上覆うこととなる。
【００８４】
最後に、この巻回体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、巻回体を外装フィルム中に密閉した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルムの封口部に挟み込んだ。このようにしてゲル電解質電池を完成した。
【００８５】
〈実施例２〉
実施例２では、以下のようにして正極を作製した。
【００８６】
まず、実施例１と同様にして正極合剤スラリーを調製し、この正極合剤スラリーを正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。
【００８７】
このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布する際、正極集電体の一端部の片面には正極合剤を塗布せず、正極集電体片面露呈部分とした。この正極集電体片面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。さらに、この正極集電体片面露呈部分の一端部には、両面とも正極合剤を塗布せず、正極集電体両面露呈部分とした。この正極集電体両面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。
【００８８】
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、正極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【００８９】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。
【００９０】
得られた正極は、長さ方向の一端部が、正極集電体の他方の面が露出している正極集電体片面露呈部分とされている。この正極集電体片面露呈部分が形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。さらに、この正極集電体片面露呈部分の、巻回体とされたときに外周側となる端部は、正極集電体の両面が露出している正極集電体両面露呈部分とされている。そして、この正極集電体両面露呈部分は、巻回体の外周を１周以上覆う正集電体片面露呈部分の外側を更に１周以上覆うこととなる。
【００９１】
そして、以上のようにして得られた正極を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を完成した。
【００９２】
このとき、得られるゲル電解質電池の巻回体において、正極集電体片面露呈部分が、巻回体の外周を１周以上覆い、さらにその外側を、正極集電体両面露呈部分が１周以上覆うこととなる。
【００９３】
〈実施例３〉
実施例３では、以下のようにして負極を作製した。
【００９４】
まず、実施例１と同様にして負極合剤スラリーを調製し、この負極合剤スラリーを負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。
【００９５】
このとき、負極合剤を負極集電体上に塗布する際、負極集電体の一端部の、片面には負極合剤を塗布せず、負極集電体片面露呈部分とした。この負極集電体片面露呈部分とされた側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の内周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。
【００９６】
次に、負極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、実施例１と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【００９７】
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。
【００９８】
得られた負極は、長さ方向の一端部が、負極集電体の他方の面が露出している負極集電体片面露呈部分とされている。この負極集電体片面露呈部分が形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の内周側となる。
【００９９】
そして、以上のようにして得られた負極を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を完成した。
【０１００】
このとき、得られるゲル電解質電池の巻回体において、負極集電体片面露呈部分が、巻回体の内周を１周以上覆うことになる。
【０１０１】
〈実施例４〉
実施例４では、以下のようにして正極及び負極を作製した。
【０１０２】
まず、実施例１と同様にして正極合剤スラリーを調製し、この正極合剤スラリーを正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。
【０１０３】
このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布する際、正極集電体の一端部には、両面とも正極合剤を塗布せず、正極集電体両面露呈部分とした。この正極集電体両面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。
【０１０４】
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、正極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【０１０５】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。
【０１０６】
得られた正極は、長さ方向の一端部が、正極集電体の両面が露出している正極集電体両面露呈部分とされている。そして、この正極集電体両面露呈部分が形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。
【０１０７】
次に、以下のようにして負極を作製した。
【０１０８】
まず、実施例１と同様にして負極合剤スラリーを調製し、この負極合剤スラリーを負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。
【０１０９】
このとき、負極合剤を負極集電体上に塗布する際、負極集電体の一端部の、両面に負極合剤を塗布せず、負極集電体両面露呈部分とした。この負極集電体片面露呈部分とされた側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。
【０１１０】
次に、負極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、実施例１と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電解質層を形成した。
【０１１１】
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。
【０１１２】
得られた負極は、長さ方向の一端部が、負極集電体の両面が露出している負極集電体両面露呈部分とされている。そして、この負極集電体両面露呈部分が形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体の外周側となる。
【０１１３】
そして、以上のようにして得られた正極と負極とを用いて、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を完成した。
【０１１４】
このとき、得られるゲル電解質電池の巻回体において、正極集電体両面露呈部分と負極集電体両面露呈部分とが、ゲル殿電解質層を介して巻回体の外周を１周以上覆うことになる。
【０１１５】
〈比較例１〉
正極合剤を正極集電体上に塗布する際に、正極集電体露呈部分を設けず、また、負極合剤を負極集電体上に塗布する際に、負極集電体露呈部分を設けなかったこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１１６】
そして、上述のようにして作製されたゲル電解質電池について、圧壊試験を行った。
【０１１７】
まず、それぞれの電池を、０．２Ｃの電流条件で４．２Ｖまで定電流充電し、４．２Ｖまで達した後、定電圧充電を行い、所定の電流値でカットした。
【０１１８】
そして、充電した電池を断熱材の上に設置した後、外部より力を加えることにより電池を短絡させた。そして、そのときの外装フィルム表面の最高到達温度を測定した。
【０１１９】
以上の圧壊試験は、それぞれ５個のサンプルについて行い、５個のサンプルにおける外装フィルム表面の最高到達温度の平均値を算出した。その結果を表１に示す。
【０１２０】
なお、得られたゲル電解質電池のエネルギー密度の測定結果についても、表１に併せて示す。
【０１２１】
【表１】

【０１２２】
表１からも明らかなように、電極集電体露呈部分を設けた実施例１〜実施例４の電池では、電極集電体露呈部分を設けなかった比較例１の電池に比べて、圧壊時の外装フィルム表面の最高到達温度がいずれも低く抑えられていることがわかる。
【０１２３】
これは、電池が圧壊されたときに、まず初めに巻回体最外周の電極集電体露呈部分で短絡し、熱を拡散させるため、電極活物質層に与える影響を最小限に抑えることが出来るためであると考えられる。
【０１２４】
次に、以下の実施例においては、セパレータを使用して同様の電池を作製し、その効果を確認した。
【０１２５】
＜実施例５＞
実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１２６】
ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積層し、積層体とした。
【０１２７】
また、正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。
【０１２８】
＜実施例６＞
実施例２と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１２９】
ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積層し、積層体とした。
【０１３０】
また、正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。
【０１３１】
＜実施例７＞
実施例３と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１３２】
ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積層し、積層体とした。
【０１３３】
また、正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。
【０１３４】
＜実施例８＞
実施例４と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１３５】
ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積層し、積層体とした。
【０１３６】
また、正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。
【０１３７】
なお、得られるゲル電解質電池の巻回体において、正極集電体両面露呈部分と負極集電体両面露呈部分とが、ゲル電解質層＋セパレータ、若しくはセパレータのみを介して巻回体の外周を１周以上覆うことになるが、本実施例では、セパレータのみを介して作製した。
【０１３８】
＜比較例２＞
比較例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【０１３９】
ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積層し、積層体とした。
【０１４０】
また、正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。
【０１４１】
これらの電池についても同様の圧壊試験を行い、外装フィルム表面の最高到達温度の平均値を算出した。その結果を表２に示す。
【０１４２】
なお、得られたゲル電解質電池のエネルギー密度の測定結果についても、表２に併せて示す。
【０１４３】
【表２】

【０１４４】
表２からも明らかなように、電極集電体露呈部分を設けた実施例５〜実施例８の電池は、先の実施例１〜実施例４の電池に比べてエネルギー密度が高く、しかも、実施例１〜実施例４の電池と同様に、電極集電体露呈部分を設けなかった比較例２の電池に比べて、圧壊時の外装フィルム表面の最高到達温度がいずれも低く抑えられていることがわかる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の固体電解質電池では、電池が押し潰されたときに、初めに、電極集電体露呈部分で短絡を起こして熱を拡散したため、電極活物質層への影響はほとんどなく、発熱や発煙を抑えることができる。
【０１４６】
また、本発明の固体電解質電池では、電極集電体露呈部分が巻回体の外周を一周以上覆っているので、電池が押し潰されたときの発熱や発煙をより抑えることができる。
【０１４７】
従って、本発明では電池の損傷や周囲への影響を最小限に抑えることができ、信頼性に優れた固体電解質電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゲル電解質電池の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１に示されるゲル電解質電池のＸ−Ｙ線における断面図である。
【図３】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる電極巻回体を示す斜視図である。
【図４】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる正極を模式的に示す斜視図である。
【図５】図３に示される電極巻回体の巻き終わりの部分を抜き出して模式的に示す断面図である。
【図６】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる負極を模式的に示す斜視図である。
【図７】図３に示される電極巻回体の巻き始めの部分を抜き出して模式的に示す断面図である。
【図８】負極の他の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示される負極を用いた電極巻回体の巻き終わりの部分を抜き出して模式的に示す断面図である。
【図１０】図２に示される構造においてセパレータを入れた状態を示す断面図である。
【図１１】図５に示される構造においてセパレータを入れた状態を示す断面図である。
【図１２】図７に示される構造においてセパレータを入れた状態を示す断面図である。
【図１３】図９に示される構造においてセパレータを入れた状態を示す断面図である。
【図１４】固体電解質電池における正負極間距離と歩留まりの関係を示す特性図である。
【図１５】非水電解液系リチウムイオン電池と固体電解質電池における正負間距離と体積エネルギー密度の相関を示す特性図である。
【符号の説明】
１ゲル電解質電池、２正極、３負極、４ゲル電解質層、５電極巻回体、６外装フィルム、７正極端子、８負極端子、１０ａ正極集電体片面露呈部分、１０ｂ正極集電体両面露呈部分、１１ａ負極集電体片面露呈部分、１１ｂ負極集電体両面露呈部分、１２セパレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a solid electrolyte comprising an electrode winding body in which a belt-like positive electrode and a belt-like negative electrode are laminated via a solid electrolyte layer (and, if necessary, a separator) and wound in the longitudinal direction. It relates to batteries.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with the downsizing, portability, and high performance of electronic devices, there is an urgent need to reduce the size and capacity of batteries as energy storage sources. Among them, lithium having a high operating voltage and high energy density is urgently needed. Ion secondary batteries are attracting attention. The electrolyte used in current lithium ion secondary batteries is a non-aqueous electrolyte, which has a problem of leakage of the electrolyte. As a method for solving this problem, a battery using a gel electrolyte or a solid electrolyte can be given. Since these batteries have the advantage that there is no problem of electrolyte leakage, the battery can be thinned, and have flexibility, they are actively applied to small portable devices.
[0003]
By the way, although it is a structure of a thin battery, in the conventional technology, a strip-shaped positive electrode, a separator, and a strip-shaped negative electrode are overlapped, the fabricated unit cell is wound, and then electrode terminals are attached to the positive electrode and the negative electrode. A thin battery was manufactured by heat-sealing or vacuum-sealing several places on a plastic film laminate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional solid electrolyte battery, the battery is in an unexpected accident such as being crushed by external pressure, and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited in the battery, so that the entire battery is generated due to heat generation, smoke generation, etc. There was a risk of damage. In addition, the existing battery uses a solid-coated electrode, that is, a strip electrode without an electrode current collector exposed portion, and when wound using this electrode, an electrode active material layer is also provided on the outermost periphery, Since this electrode active material layer becomes an unused portion, a loss occurs in volume energy density.
[0005]
The present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and an object of the present invention is to provide a solid electrolyte battery capable of minimizing damage even when the battery is crushed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The solid electrolyte battery of the present invention includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on both surfaces of the strip-shaped negative electrode current collector.,Solid electrolyte layerAnd separatorAnd a wound body that is wound in the longitudinal direction. In the solid electrolyte battery of the present invention, the wound body is the outermost peripheral part.Positive electrodeAt one end in the length direction of the electrode,Positive electrodeOne side of the current collector is exposedPositive electrodeIt has a current collector exposed on one side,Positive electrodeThe current collector single-side exposed portion covers one or more circumferences of the wound body.
[0007]
In the gel electrolyte battery according to the present invention as described above, it becomes the outermost periphery.Positive electrodeAt one end of the electrodePositive electrodeCurrent collectorOne sideHas an exposed part and itsPositive electrodeIn the initial stage, even if the battery collapses and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, the collector single-sided exposed portion covers the outer periphery of the wound body one or more times.Positive electrodeSince the current collector exposed portion diffuses the heat generated by the short circuit, there is almost no influence on the electrode active material layer, and the entire battery is not damaged.
[0008]
In the present invention, in the wound body, the positive electrode and the negative electrode may be laminated and wound via a solid electrolyte layer and a separator.
[0009]
When the layer interposed between the positive electrode and the negative electrode is only the solid electrolyte layer, the battery yield tends to decrease. For example, the gel electrolyte layer is softer than the separator, and therefore, when pressure is applied in the surface direction, a short circuit may occur between the positive electrode and the negative electrode, which may not play the original role of the battery.
[0010]
In such a case, by introducing the separator, the yield does not decrease even if the total thickness of the solid electrolyte layer + separator is made thinner than the case of the solid electrolyte layer alone. Therefore, the introduction of the separator increases the yield with a high yield. An energy density solid electrolyte battery is realized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0012]
One structural example of the gel electrolyte battery according to the present embodiment is shown in FIGS. The gel electrolyte battery 1 includes a strip-shaped positive electrode 2, a strip-shaped negative electrode 3 disposed to face the positive electrode 2, and a gel electrolyte layer 4 disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. In this gel electrolyte battery 1, the electrode wound body 5 shown in FIG. 3 in which the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated via the gel electrolyte layer 4 and wound in the longitudinal direction is made of an insulating material. Covered with an exterior film 6 and sealed. A positive electrode terminal 7 is connected to the positive electrode 2, and a negative electrode terminal 8 is connected to the negative electrode 3, and the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 are sandwiched between sealing portions that are peripheral portions of the exterior film 6. ing.
[0013]
As shown in FIG. 4, in the positive electrode 2, positive electrode active material layers 2a containing a positive electrode active material are formed on both surfaces of the positive electrode current collector 2b. For example, a metal foil such as an aluminum foil is used as the positive electrode current collector 2b.
[0014]
In the positive electrode active material layer 2a, first, for example, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are uniformly mixed to form a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent to form a slurry. Next, the slurry is uniformly applied on the positive electrode current collector 2b by a doctor blade method or the like, dried at a high temperature, and the solvent is removed. Here, the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent only have to be uniformly dispersed, and the mixing ratio is not limited.
[0015]
Here, a composite oxide of lithium and a transition metal is used as the positive electrode active material. Specifically, as the positive electrode active material, LiCoO₂LiNiO₂, LiMn₂O_FourEtc. are exemplified. The transition metal element can be used not only in one type but also in two or more types. LiNi_0.5Co_0.5O₂Etc. are mentioned as an example.
[0016]
Moreover, as a conductive material, for example, a carbon material or the like is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride is used. Moreover, as a solvent, N-methylpyrrolidone etc. are used, for example.
[0017]
As shown in FIG. 4, the positive electrode 2 has a positive electrode active material layer 2a formed on only one surface of the positive electrode current collector 2b at one end in the length direction, and the other surface of the positive electrode current collector 2b. Has a positive electrode current collector single-sided exposed portion 10a.
[0018]
The end on the side where the positive electrode current collector single-side exposed portion 10 a is formed is the outer peripheral side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is used. And this positive electrode collector single-sided exposed part 10a will cover the outer periphery of the electrode winding body 5 1 or more times, as shown in FIG. Here, in the outermost peripheral portion of the electrode winding body 5, the negative electrode 3 is not disposed facing the positive electrode current collector single-side exposed portion 10 a, and only the positive electrode current collector single-side exposed portion 10 a is the electrode winding body 5. The outer periphery of the cover is covered.
[0019]
Furthermore, the positive electrode active material layer 2a is not formed at the end portion of the positive electrode current collector single-side exposed portion 10a that becomes the outer periphery when the electrode winding body 5 is formed, and both surfaces of the positive electrode current collector 2b are exposed. The positive electrode current collector double-sided exposed portion 10b. And as shown in FIG. 5, this positive electrode collector double-sided exposed part 10b covers the outer periphery of the positive electrode collector single-sided exposed part 10a which covers one or more rounds of the outer periphery of the electrode winding body 5, and further covers one or more rounds. Become. Here, in the following description, the positive electrode current collector single-side exposed portion 10a and the positive electrode current collector double-side exposed portion 10b may be simply referred to as the positive electrode current collector exposed portion 10 in some cases.
[0020]
The positive electrode 2 has a positive electrode terminal 7 connected to the other end in the length direction by spot welding or ultrasonic welding. The positive electrode terminal 7 is preferably a metal foil or a mesh-like one, but there is no problem even if it is not metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can conduct electricity. Examples of the material of the positive electrode terminal 7 include copper, nickel, and aluminum.
[0021]
The positive electrode terminal 7 preferably exits in the same direction as the negative electrode terminal 8, but there is no problem in which direction the positive electrode terminal 7 exits as long as no short circuit or the like occurs and no problem occurs in battery performance. Moreover, as long as the electrical connection is taken for the connection location of the positive electrode terminal 7, the attachment location and the attachment method are not limited to the above example.
[0022]
Moreover, as shown in FIG. 6, the negative electrode 3 has a negative electrode active material layer 3a containing a negative electrode active material formed on both surfaces of a negative electrode current collector 3b. For example, a metal foil such as a copper foil is used as the negative electrode current collector 3b.
[0023]
In the negative electrode active material layer 3a, first, for example, a negative electrode active material, a conductive material, and a binder are uniformly mixed to form a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent to form a slurry. Next, this slurry is uniformly applied on the negative electrode current collector by a doctor blade method or the like, dried at a high temperature, and the solvent is blown off. Here, the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent only have to be uniformly dispersed, and the mixing ratio is not limited.
[0024]
As the negative electrode active material, a material capable of being doped / undoped with Li is used. Specifically, examples of the negative electrode active material include graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon.
[0025]
Moreover, as a conductive material, for example, a carbon material or the like is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride is used. Moreover, as a solvent, N-methylpyrrolidone etc. are used, for example.
[0026]
As shown in FIG. 6, the negative electrode 3 has a negative electrode active material layer 3 a formed only on one surface of the negative electrode current collector at one end in the length direction, and the other surface of the negative electrode current collector 3 b is The negative electrode current collector single-side exposed portion 11a is exposed. The end on the side where the negative electrode current collector single-side exposed portion 11 a is formed is the inner circumferential side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is formed.
[0027]
Thus, the reason why the negative electrode active material layer 3a is not formed at one end of the negative electrode 3 is that the winding is initially performed as shown in FIG. When folded, this portion of the negative electrode active material layer 3a becomes an unreacted portion. Therefore, when the negative electrode active material layer 3a is formed, volume energy density is lost.
[0028]
Moreover, the negative electrode 3 has the negative electrode terminal 8 connected by the spot welding or the ultrasonic welding at the one end part of the length direction. The negative electrode terminal 8 is preferably a metal foil or a mesh-like one, but there is no problem even if it is not a metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can conduct electricity. Examples of the material of the negative electrode terminal 8 include copper, nickel, and aluminum.
[0029]
The negative electrode terminal 8 preferably exits in the same direction as the positive electrode terminal 7, but there is no problem in which direction the negative electrode terminal 8 exits as long as no short circuit or the like occurs and the battery performance does not cause a problem. Moreover, as long as the connection location of the negative electrode terminal 8 has taken the electrical contact, the attachment location and the attachment method are not restricted to said example.
[0030]
The gel electrolyte contains a nonaqueous solvent, an electrolyte salt, and a matrix polymer.
[0031]
As the non-aqueous solvent, a known solvent used as a non-aqueous solvent for the non-aqueous electrolyte can be used. One of these solvents may be used alone, or a plurality of these solvents may be mixed with a predetermined composition. Among these, in particular, a mixture of one or more cyclic ester compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone is preferable.
[0032]
As electrolyte salt, what melt | dissolves in the said nonaqueous solvent can be used. Examples of the cation include alkali metal ions such as lithium and alkaline earth metal ions. As anions, Cl^-, Br^-, I^-, SCN^-, ClO_Four ^-, BF_Four ^-, PF₆ ^-, CF_ThreeSO_Three ^-, (CF_ThreeSO₂)₂N^-Etc. And the electrolyte salt obtained by combining these cations and anions is used. As the electrolyte salt used, for example, LiPF₆, LiBF_FourIs given as an example.
[0033]
The electrolyte salt concentration is not a problem as long as it can be dissolved in the solvent.
[0034]
The matrix polymer gels an electrolytic solution in which the electrolyte salt is dissolved in the non-aqueous solvent. Specific examples of such a matrix polymer include, for example, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-tetrafluoropropylene copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-vinyl acetate copolymer, Examples include polyacrylonitrile-butadiene copolymer, polyacrylonitrile-styrene copolymer, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polyethylene oxide-propylene oxide copolymer, and the like. These polymers may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
[0035]
The exterior film 6 is a hermetically packed electrode wound body 5 in which the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated via the gel electrolyte layer 4 and wound in the longitudinal direction. This exterior film consists of a moisture-proof and insulating multilayer film laminated | stacked in order of the polyethylene terephthalate layer, the aluminum layer, the polyethylene terephthalate layer, and the linear low density polyethylene layer, for example.
[0036]
Here, the heat-sealable polymer film is a linear low-density polyethylene layer, and the linear low-density polyethylene layer is the inner side when the battery is sealed. Note that polyethylene terephthalate, nylon, linear low-density polyethylene, polypropylene, high-density polyethylene, and copolymers thereof are used as the heat-sealing polymer film.
[0037]
The exterior film 6 has at least one aluminum layer in the layer, and has a heat-fusible polymer film on at least one surface, and is kept moistureproof and insulating. If it is, it will not be restricted to said structure.
[0038]
Problems such as heat generation and smoke generation due to the collapse of the conventional solid electrolyte battery are that the winding body is crushed and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited inside the battery, and this heat causes a reaction to generate smoke. Conceivable.
[0039]
In the gel electrolyte battery 1 of the present invention having the above-described configuration, the positive electrode current collector exposed portion 10 is provided at one end of the electrode that is the outermost peripheral portion, and the current collector exposed portion 10 is an electrode winding body. Since the outer periphery of 5 is covered more than once, even if the battery is crushed and the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are short-circuited, the positive electrode current collector exposed portion 10 diffuses the heat generated by the short-circuit in the initial stage. Therefore, there is almost no influence on the electrode active material layer, and the entire battery is not damaged.
[0040]
Furthermore, in this gel electrolyte battery 1, since the positive electrode current collector double-sided exposed portion 10b covers the outside of the positive electrode current collector single-sided exposed portion 10a, heat diffusion can be performed more efficiently and reliability. Can be further increased.
[0041]
Next, a method for producing such a gel electrolyte battery 1 will be described.
[0042]
First, as the positive electrode 2, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is uniformly applied onto a metal foil such as an aluminum foil that is to be the positive electrode current collector 2 b and dried. The positive electrode active material layer 2a is formed to produce a positive electrode sheet. As the binder of the positive electrode mixture, a known binder can be used, and a known additive or the like can be added to the positive electrode mixture.
[0043]
Here, when applying the positive electrode mixture to the positive electrode current collector 2b, as shown in FIG. 4, the positive electrode current collector is exposed on one side of the positive electrode current collector 2b without applying the positive electrode mixture on one side of the one end part. Let it be a portion 10a. The side of the positive electrode current collector single-side exposed portion 10 a is the outer peripheral side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is used.
[0044]
Furthermore, a positive electrode mixture is not applied to one end portion of the positive electrode current collector single-side exposed portion 10a to form a positive electrode current collector double-side exposed portion 10b. The side that is the positive electrode current collector double-side exposed portion 10 b is the outer peripheral side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is used.
[0045]
Next, the gel electrolyte layer 4 is formed on the positive electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer 4, first, an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent to prepare a non-aqueous electrolyte. Then, a matrix polymer is added to this non-aqueous electrolyte, and the mixture is stirred well to dissolve the matrix polymer to obtain a sol electrolyte solution.
[0046]
Next, a predetermined amount of this electrolyte solution is applied on the positive electrode sheet. Subsequently, the matrix polymer is gelled by cooling at room temperature, and the gel electrolyte layer 4 is formed on the positive electrode active material 2 a and the positive electrode current collector exposed portion 10.
[0047]
Next, the positive electrode sheet on which the gel electrolyte layer 4 is formed is cut into a strip shape. Then, the gel electrolyte layer 4 and the positive electrode active material layer 2a at the portion to which the positive electrode lead is welded are scraped off, and an aluminum lead wire is welded to the positive electrode terminal 7 for example. In this way, a belt-like positive electrode 2 on which the gel electrolyte layer 4 is formed is obtained.
[0048]
Further, the negative electrode 3 is obtained by uniformly applying and drying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a conductive material, and a binder on a metal foil such as a copper foil, which becomes the negative electrode current collector 3b. The active material layer 3a is formed to produce a negative electrode sheet. As the binder of the negative electrode mixture, a known binder can be used, and a known additive or the like can be added to the negative electrode mixture.
[0049]
Here, when the negative electrode mixture is applied in the shape of the negative electrode current collector 3b, as shown in FIG. 6, the negative electrode mixture is not applied to one side of one end of the negative electrode current collector, and one side of the negative electrode current collector Let it be an exposed portion 11a. The end on the side that is the negative electrode current collector single-sided exposed portion 11 a is the inner peripheral side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is used.
[0050]
Next, the gel electrolyte layer 4 is formed on the negative electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer 4, first, an electrolyte solution prepared in the same manner as described above is applied on the negative electrode active material layer 3a in a predetermined amount. Subsequently, the matrix polymer is gelled by cooling at room temperature, and the gel electrolyte layer 4 is formed on the negative electrode active material 3b and the negative electrode current collector single-side exposed portion 11a.
[0051]
Next, the negative electrode sheet on which the gel electrolyte layer 4 is formed is cut into a strip shape. Then, the gel electrolyte layer 4 and the negative electrode active material layer 3a at the portion where the positive electrode lead is welded are scraped off, and a lead wire made of nickel, for example, is welded to form the negative electrode terminal 8. Thus, the strip-shaped negative electrode 3 having the gel electrolyte layer 4 formed thereon is obtained.
[0052]
Then, the belt-like positive electrode 2 and the negative electrode 3 produced as described above are pressed with the side on which the gel electrolyte layer 4 is formed facing each other, and pressed to obtain an electrode laminate. Further, this electrode laminate is wound in the longitudinal direction to form an electrode winding body 5. At this time, as shown in FIG. 5, the positive electrode current collector single-side exposed portion 10 a covers one or more circumferences of the electrode winding body 5. Furthermore, the positive electrode current collector double-sided exposed portion 10b further covers the outside of the positive electrode current collector single-sided exposed portion 10a that covers the outer circumference of the electrode winding body 5 one or more times.
[0053]
Finally, the electrode winding body 5 is packed with an exterior film 6 made of an insulating material, and the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 are sandwiched between sealing portions, whereby the gel electrolyte battery 1 is completed.
[0054]
In the gel electrolyte battery 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the negative electrode 3 is not formed with the negative electrode active material layer 3 a at the other end in the length direction, and both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode current collector double-sided exposed portion 11b may be exposed. The end on the side where the negative electrode current collector double-sided exposed portion 11 b is formed is the outer peripheral side of the electrode winding body 5 when the electrode winding body 5 is formed. And as shown in FIG. 9, this negative electrode collector double-sided exposed part 11b is sandwiched and wound between the positive electrode current collector single-sided exposed part 10a and the positive electrode current collector double-sided exposed part 10b. Become.
[0055]
In the gel electrolyte battery 1 as described above, a current collector exposed portion is provided at one end portion of the electrode that is the outermost peripheral portion, and the current collector exposed portion covers the outer periphery of the electrode winding body 5 one or more times. Therefore, even if the battery is crushed, the positive electrode current collector exposed portion 10 and the negative electrode current collector double-side exposed portion 11b are first short-circuited first. And in this gel electrolyte battery 1, since the heat | fever generate | occur | produced by the short circuit of the positive electrode collector exposed part 10 and the negative electrode collector double-sided exposed part 11b is diffused, there is almost no influence on an electrode active material layer, and the whole battery Will not damage.
[0056]
In each of the above examples, the positive electrode and the negative electrode are wound only through the solid electrolyte layer to constitute a wound body, but a separator is interposed for the purpose of improving yield and energy density. Is also possible.
[0057]
In this case, the positive electrode and the negative electrode are wound through a solid electrolyte and a separator to constitute a wound body.
[0058]
10 to 12 show an example in which a separator is interposed in a solid electrolyte battery having the same configuration as in FIGS. 1 to 7. 10 corresponds to FIG. 2, FIG. 11 corresponds to FIG. 5, and FIG. 12 corresponds to FIG.
[0059]
In this example, the separator 12 is arranged in the center of the gel electrolyte layer 4, and the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated and wound around both the separator 12 and the gel electrolyte layer 4. It is in the state.
[0060]
In order to obtain the above-described configuration, the produced belt-like positive electrode 2 and negative electrode 3 are opposed to each other on the side where the gel electrolyte layer 4 is formed, and a separator 12 is put between them, pressed, and pressed. And it is sufficient.
[0061]
The same applies to the solid electrolyte batteries shown in FIGS. 8 and 9. As shown in FIG. 13, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 on which the gel electrolyte layer 4 is formed may be laminated via the separator 12. FIG. 13 corresponds to the configuration of FIG.
[0062]
The separator 12 has a purpose of preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and an insulating polymer porous film or the like is usually used. Specific examples of the material for the separator include polyethylene, polypropylene, and polyvinylidene fluoride. In this case, the separator is not limited to one formed from one kind of material, and may be produced by mixing two or more kinds of materials. Or what laminated | stacked two or more types of films | membranes can also be used. For example, a separator in which polyethylene-polypropylene is laminated is a typical example.
[0063]
The thickness of the separator is preferably about 5 μm to 15 μm. If the thickness of the separator is less than 5 μm, the yield may be reduced. On the other hand, when the thickness of the separator exceeds 15 μm, the proportion of the separator in the battery increases, leading to a decrease in energy density.
[0064]
When only the solid electrolyte layer is interposed between the positive and negative electrodes, the yield rate is drastically lowered as shown in FIG. 14 unless a solid electrolyte layer of 15 μm or more is applied on one side.
[0065]
On the other hand, when a solid electrolyte layer and a separator are interposed between the positive and negative electrodes, for example, the yield rate does not decrease even when the total of 26 μm of the separator 10 μm, the positive electrode solid electrolyte layer 8 μm, and the negative electrode solid electrolyte layer 8 μm. This is because the separator suppresses a short circuit between the positive and negative electrodes.
[0066]
By the way, in the solid electrolyte battery having the above-described configuration, cyclic carbonate type propylene carbonate (PC) or ethylene carbonate (EC) is usually mainly used as the organic solvent. EC and PC have high viscosity, and it is effective to reduce the thickness of the electrode coating film in order to obtain satisfactory characteristics. When the electrode thickness is reduced, the effect of shortening the distance between the positive and negative electrodes is increased.
[0067]
Therefore, the positive electrode coating thickness of the solid electrolyte battery is 40 μm, the negative electrode coating thickness is 50 μm, the positive electrode coating thickness of the non-aqueous electrolyte lithium ion battery is 70 μm, and the negative electrode coating thickness is 75 μm. Examined. FIG. 15 shows changes in energy density when the energy density is 100% when the distance between the positive and negative electrodes is 25 μm, and the distance between the positive and negative electrodes is increased or decreased.
[0068]
As shown in FIG. 15, the solid electrolyte battery has a larger rate of change in energy density with respect to the distance between the positive and negative electrodes. Therefore, in the solid electrolyte battery, shortening the distance between the electrodes by introducing a separator improves the energy density. It can be said that it is an effective means for making it happen.
[0069]
The gel electrolyte battery 1 according to the present embodiment as described above is not particularly limited with respect to its shape, such as a cylindrical shape or a rectangular shape, and may be various sizes such as a thin shape and a large size. it can.
[0070]
In the above-described embodiment, the gel electrolyte battery 1 containing a swelling solvent and using a gel-like solid electrolyte has been described as an example of the solid electrolyte battery. However, the present invention is not limited to this. Instead, the present invention can also be applied to a solid electrolyte battery using a solid electrolyte containing no swelling solvent. The present invention can be applied to both a primary battery and a secondary battery.
[0071]
【Example】
In the following examples, in order to confirm the effect of the present invention, a solid electrolyte battery having the above-described configuration was produced and a crush test was performed.
[0072]
<Example 1>
First, the positive electrode was produced as follows.
[0073]
In order to produce a positive electrode, first, 0.5 mol of lithium carbonate and 1 mol of cobalt carbonate are mixed and baked in air at 900 ° C. for 5 hours to form LiCoO that becomes a positive electrode active material.₂Got. This LiCoO₂91 parts by weight, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. This slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried to form a positive electrode active material layer.
[0074]
At this time, when the positive electrode mixture was applied onto the positive electrode current collector, the positive electrode mixture was not applied to one side of one end of the positive electrode current collector, and the positive electrode current collector was exposed on one side. The side of the positive electrode current collector that is exposed on one side is the outer peripheral side of the wound body when it is a wound body. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a positive electrode sheet.
[0075]
And the gel electrolyte layer was formed on the positive electrode sheet produced as mentioned above. In order to form the gel electrolyte layer, first, 42.5 parts by weight of ethylene carbonate, 42.5 parts by weight of propylene carbonate, and LiPF₆Was mixed with 15 parts by weight to obtain a plasticizer. 30 parts by weight of this plasticizer, 10 parts by weight of a copolymer obtained by copolymerizing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene at a polymerization ratio of 97 to 3, and 60 parts by weight of tetrahydrofuran are dissolved as a matrix polymer. As a result, a sol electrolyte solution was obtained.
[0076]
Next, this electrolyte solution was uniformly applied on the positive electrode sheet. Thereafter, it was dried to remove tetrahydrofuran. Next, this positive electrode was returned, and the electrolyte solution was similarly applied to the other surface of the positive electrode and dried. In this manner, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on both surfaces of the positive electrode sheet.
[0077]
And the positive electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the positive electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and an aluminum lead was welded to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode was produced.
[0078]
In the obtained positive electrode, one end portion in the length direction is a positive electrode current collector single-side exposed portion where the other surface of the positive electrode current collector is exposed. The end on the side where the positive electrode current collector single-sided exposed portion is formed is the outer peripheral side of the wound body when it is a wound body.
[0079]
Next, the negative electrode was produced as follows.
[0080]
To prepare the negative electrode, first, 90 parts by weight of graphite and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry. This slurry was uniformly applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm and dried to form a negative electrode active material layer. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a negative electrode sheet.
[0081]
Next, a gel electrolyte layer was formed on the negative electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as described above was uniformly applied to both sides of the negative electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on the negative electrode sheet.
[0082]
And the negative electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the negative electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and a nickel lead was welded to form a negative electrode terminal. In this way, a negative electrode was produced.
[0083]
Next, a belt-like positive electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides and a belt-like negative electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides, which are produced as described above, are laminated to form a laminate, and this laminate is further laminated. The electrode was wound by winding the body in the longitudinal direction so that the positive electrode was on the outside and the negative electrode was on the inside. At this time, the positive electrode current collector single-side exposed portion covers one or more circumferences of the wound body.
[0084]
Finally, the wound body is sandwiched between an outer film in which 25 μm-thick nylon, 40 μm-thick aluminum, and 30 μm-thick polypropylene are laminated in order from the outermost layer, and the outer peripheral edge of the outer film is heat-melted under reduced pressure. It was sealed by wearing, and the wound body was sealed in the exterior film. At this time, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were sandwiched between the sealing portions of the exterior film. In this way, a gel electrolyte battery was completed.
[0085]
<Example 2>
In Example 2, a positive electrode was produced as follows.
[0086]
First, a positive electrode mixture slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and this positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer.
[0087]
At this time, when the positive electrode mixture was applied onto the positive electrode current collector, the positive electrode mixture was not applied to one side of one end of the positive electrode current collector, and the positive electrode current collector was exposed on one side. The side of the positive electrode current collector that is exposed on one side is the outer peripheral side of the wound body when it is a wound body. Furthermore, a positive electrode mixture was not applied to one end of the positive electrode current collector single-sided exposed portion, and a positive electrode current collector double-sided exposed portion was formed. The side that is the exposed portion of the positive electrode current collector on both sides is the outer peripheral side of the wound body when the wound body is formed. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a positive electrode sheet.
[0088]
Next, a gel electrolyte layer was formed on the positive electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as described above was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on the positive electrode sheet.
[0089]
And the positive electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the positive electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and an aluminum lead was welded to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode was produced.
[0090]
In the obtained positive electrode, one end portion in the length direction is a positive electrode current collector single-side exposed portion where the other surface of the positive electrode current collector is exposed. The end on the side where the positive electrode current collector single-sided exposed portion is formed is the outer peripheral side of the wound body when it is a wound body. Further, the end portion of the positive electrode current collector single-side exposed portion that becomes the outer peripheral side when the wound body is formed is a positive electrode current collector double-side exposed portion where both surfaces of the positive electrode current collector are exposed. . The positive electrode current collector double-side exposed portion further covers the outer side of the positive current collector single-side exposed portion that covers the outer periphery of the wound body one or more times.
[0091]
And the gel electrolyte battery was completed like Example 1 except having used the positive electrode obtained by making it above.
[0092]
At this time, in the wound body of the gel electrolyte battery obtained, the positive electrode current collector single-sided exposed portion covers the outer periphery of the wound body one or more times, and further, the positive electrode current collector double-sided exposed portion is one or more times round It will cover.
[0093]
<Example 3>
In Example 3, a negative electrode was produced as follows.
[0094]
First, a negative electrode mixture slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and this negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both sides of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer.
[0095]
At this time, when applying the negative electrode mixture onto the negative electrode current collector, the negative electrode mixture was not applied to one side of one end of the negative electrode current collector, and the negative electrode current collector was exposed on one side. When the negative electrode current collector is exposed on one side, the end on the side becomes the inner peripheral side of the wound body when the wound body is formed. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a negative electrode sheet.
[0096]
Next, a gel electrolyte layer was formed on the negative electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 1 was uniformly applied to both sides of the negative electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on the negative electrode sheet.
[0097]
And the negative electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the negative electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and a nickel lead was welded to form a negative electrode terminal. In this way, a negative electrode was produced.
[0098]
In the obtained negative electrode, one end portion in the length direction is a negative electrode current collector single-side exposed portion where the other surface of the negative electrode current collector is exposed. The end on the side where the negative electrode current collector single-side exposed portion is formed is the inner peripheral side of the wound body when the wound body is formed.
[0099]
And the gel electrolyte battery was completed like Example 1 except having used the negative electrode obtained by making it above.
[0100]
At this time, in the obtained wound body of the gel electrolyte battery, the negative electrode current collector single-side exposed portion covers the inner periphery of the wound body one or more times.
[0101]
<Example 4>
In Example 4, a positive electrode and a negative electrode were produced as follows.
[0102]
First, a positive electrode mixture slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and this positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector and dried to form a positive electrode active material layer.
[0103]
At this time, when the positive electrode mixture was applied onto the positive electrode current collector, the positive electrode current mixture was not applied to one end of the positive electrode current collector on both surfaces, and the both sides of the positive electrode current collector were exposed. The side that is the exposed portion of the positive electrode current collector on both sides is the outer peripheral side of the wound body when the wound body is formed. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a positive electrode sheet.
[0104]
Next, a gel electrolyte layer was formed on the positive electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as described above was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on the positive electrode sheet.
[0105]
And the positive electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the positive electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and an aluminum lead was welded to form a positive electrode terminal. In this way, a positive electrode was produced.
[0106]
In the obtained positive electrode, one end portion in the length direction is a positive electrode current collector double-sided exposed portion where both surfaces of the positive electrode current collector are exposed. And the edge part by which this positive electrode collector double-sided exposed part is formed becomes an outer peripheral side of a wound body, when it is set as a wound body.
[0107]
Next, a negative electrode was produced as follows.
[0108]
First, a negative electrode mixture slurry was prepared in the same manner as in Example 1, and this negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both sides of the negative electrode current collector and dried to form a negative electrode active material layer.
[0109]
At this time, when the negative electrode mixture was applied onto the negative electrode current collector, the negative electrode current mixture was not applied to both surfaces of one end of the negative electrode current collector, and the negative electrode current collector was exposed on both sides. When the negative electrode current collector is exposed on one side, the end on the side becomes the outer peripheral side of the wound body when the wound body is formed. After drying, it was pressed with a roll press to obtain a negative electrode sheet.
[0110]
Next, a gel electrolyte layer was formed on the negative electrode sheet. In order to form the gel electrolyte layer, the electrolyte solution prepared in the same manner as in Example 1 was uniformly applied to both sides of the negative electrode sheet and dried to remove tetrahydrofuran. In this way, a gel electrolyte layer having a thickness of 15.0 μm was formed on the negative electrode sheet.
[0111]
And the negative electrode sheet in which the gel electrolyte layer was formed was cut out in strip shape. The gel electrolyte layer and the negative electrode active material layer at the lead welded portion were scraped off, and a nickel lead was welded to form a negative electrode terminal. In this way, a negative electrode was produced.
[0112]
In the obtained negative electrode, one end portion in the length direction is a negative electrode current collector double-sided exposed portion where both surfaces of the negative electrode current collector are exposed. And the edge part by which this negative electrode collector double-sided exposed part is formed becomes an outer peripheral side of a wound body, when it is set as a wound body.
[0113]
And the gel electrolyte battery was completed like Example 1 using the positive electrode and negative electrode which were obtained as mentioned above.
[0114]
At this time, in the wound body of the gel electrolyte battery obtained, the positive electrode current collector double-sided exposed part and the negative electrode current collector double-sided exposed part cover one or more circumferences of the wound body through the gel electrolyte layer. become.
[0115]
<Comparative example 1>
When the positive electrode mixture is applied onto the positive electrode current collector, the positive electrode current collector exposed portion is not provided, and when the negative electrode mixture is applied onto the negative electrode current collector, the negative electrode current collector exposed portion is provided. A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 except that it was not present.
[0116]
And the crushing test was done about the gel electrolyte battery produced as mentioned above.
[0117]
First, each battery was charged with a constant current up to 4.2 V under a current condition of 0.2 C. After reaching 4.2 V, the battery was charged with a constant voltage and cut at a predetermined current value.
[0118]
And after installing the charged battery on a heat insulating material, the battery was short-circuited by applying force from the outside. And the highest reached temperature of the exterior film surface at that time was measured.
[0119]
The above crushing test was performed for each of five samples, and the average value of the maximum reached temperatures on the exterior film surface in the five samples was calculated. The results are shown in Table 1.
[0120]
In addition, it shows in Table 1 also about the measurement result of the energy density of the obtained gel electrolyte battery.
[0121]
[Table 1]

[0122]
As is clear from Table 1, the batteries of Example 1 to Example 4 in which the electrode current collector exposed portion was provided compared to the battery of Comparative Example 1 in which the electrode current collector exposed portion was not provided, when collapsed. It can be seen that the maximum temperature reached on the surface of the exterior film is kept low.
[0123]
This is because when the battery is crushed, first the short circuit occurs at the electrode current collector exposed portion on the outermost periphery of the wound body, and heat is diffused, so that the influence on the electrode active material layer can be minimized. This is thought to be possible.
[0124]
Next, in the following example, the same battery was produced using the separator, and the effect was confirmed.
[0125]
<Example 5>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1.
[0126]
However, a separator having a thickness of 10 μm was placed between the belt-like positive electrode and the negative electrode on which the gel electrolyte layer was formed, to form a laminate.
[0127]
Moreover, the thickness of the gel electrolyte layer formed on a positive electrode and a negative electrode was 8 micrometers, respectively.
[0128]
<Example 6>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 2.
[0129]
However, a separator having a thickness of 10 μm was placed between the belt-like positive electrode and the negative electrode on which the gel electrolyte layer was formed, to form a laminate.
[0130]
Moreover, the thickness of the gel electrolyte layer formed on a positive electrode and a negative electrode was 8 micrometers, respectively.
[0131]
<Example 7>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 3.
[0132]
However, a separator having a thickness of 10 μm was placed between the belt-like positive electrode and the negative electrode on which the gel electrolyte layer was formed, to form a laminate.
[0133]
Moreover, the thickness of the gel electrolyte layer formed on a positive electrode and a negative electrode was 8 micrometers, respectively.
[0134]
<Example 8>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 4.
[0135]
However, a separator having a thickness of 10 μm was placed between the belt-like positive electrode and the negative electrode on which the gel electrolyte layer was formed, to form a laminate.
[0136]
Moreover, the thickness of the gel electrolyte layer formed on a positive electrode and a negative electrode was 8 micrometers, respectively.
[0137]
In the wound body of the gel electrolyte battery obtained, the positive electrode current collector double-sided exposed part and the negative electrode current collector double-sided exposed part are arranged around the outer periphery of the wound body only through the gel electrolyte layer + separator or the separator. Although it will cover more than the circumference, in the present Example, it produced only through the separator.
[0138]
<Comparative example 2>
A gel electrolyte battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1.
[0139]
However, a separator having a thickness of 10 μm was placed between the belt-like positive electrode and the negative electrode on which the gel electrolyte layer was formed, to form a laminate.
[0140]
Moreover, the thickness of the gel electrolyte layer formed on a positive electrode and a negative electrode was 8 micrometers, respectively.
[0141]
These batteries were also subjected to the same crushing test, and the average value of the highest temperature reached on the exterior film surface was calculated. The results are shown in Table 2.
[0142]
In addition, it shows in Table 2 also about the measurement result of the energy density of the obtained gel electrolyte battery.
[0143]
[Table 2]

[0144]
As is clear from Table 2, the batteries of Examples 5 to 8 provided with the electrode current collector exposed portion had higher energy density than the batteries of Examples 1 to 4, and Similarly to the batteries of Examples 1 to 4, the maximum temperature reached on the exterior film surface at the time of crushing is kept low compared to the battery of Comparative Example 2 in which no electrode current collector exposed portion was provided. I understand that.
[0145]
【The invention's effect】
As described above, in the solid electrolyte battery of the present invention, when the battery is crushed, first, a short circuit occurs in the exposed part of the electrode current collector and heat is diffused. There is almost no heat and smoke can be suppressed.
[0146]
Moreover, in the solid electrolyte battery of this invention, since the electrode collector exposed part covers the outer periphery of the wound body one or more times, heat generation and smoke generation when the battery is crushed can be further suppressed.
[0147]
Therefore, in the present invention, damage to the battery and influence on the surroundings can be minimized, and a solid electrolyte battery with excellent reliability can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one structural example of a gel electrolyte battery according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of the gel electrolyte battery shown in FIG. 1 taken along line XY.
3 is a perspective view showing an electrode winding body used in the gel electrolyte battery shown in FIG. 1. FIG.
4 is a perspective view schematically showing a positive electrode used in the gel electrolyte battery shown in FIG. 1. FIG.
5 is a cross-sectional view schematically showing an extracted winding end portion of the electrode winding body shown in FIG. 3. FIG.
6 is a perspective view schematically showing a negative electrode used in the gel electrolyte battery shown in FIG. 1. FIG.
7 is a cross-sectional view schematically showing an extracted winding start portion of the electrode winding body shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 8 is a perspective view schematically showing another configuration example of the negative electrode.
9 is a cross-sectional view schematically showing an extracted winding end portion of an electrode winding body using the negative electrode shown in FIG.
10 is a cross-sectional view showing a state in which a separator is inserted in the structure shown in FIG.
11 is a cross-sectional view showing a state where a separator is inserted in the structure shown in FIG.
12 is a cross-sectional view showing a state where a separator is inserted in the structure shown in FIG.
13 is a cross-sectional view showing a state in which a separator is inserted in the structure shown in FIG. 9;
FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the positive and negative electrode distance and the yield in a solid electrolyte battery.
FIG. 15 is a characteristic diagram showing a correlation between a positive / negative distance and volume energy density in a non-aqueous electrolyte lithium ion battery and a solid electrolyte battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gel electrolyte battery, 2 Positive electrode, 3 Negative electrode, 4 Gel electrolyte layer, 5 Electrode wound body, 6 Exterior film, 7 Positive electrode terminal, 8 Negative electrode terminal, 10a Positive electrode collector single-sided exposed part, 10b Positive electrode current collector double-sided exposed 11a, negative electrode current collector single-sided exposed part, 11b negative electrode current collector double-sided exposed part, 12 separator

Claims

A positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode in which a negative electrode active material layer is formed on both surfaces of the strip-shaped negative electrode current collector include at least a solid electrolyte layer and a separator. A wound body that is laminated through and wound in the longitudinal direction ;
An exterior film made of an insulating material covering the wound body, and the solid electrolyte layer is a gel containing a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene containing a swelling solvent. ,
The wound body has only one of the positive electrode and the negative electrode , the positive electrode being the outermost peripheral part, and one side of the positive electrode current collector located on the outer side at one end in the length direction of the positive electrode on the outer peripheral side. A solid electrolyte battery comprising: a positive electrode current collector single-sided exposed portion, wherein the positive electrode current collector single-sided exposed portion covers one or more circumferences of the wound body.

The wound body has only one of the positive electrode and the negative electrode , the positive electrode being the outermost peripheral part, and one side of the positive electrode current collector located on the outer side at one end in the length direction of the positive electrode on the outer peripheral side. Has a positive electrode current collector single-sided exposed portion exposed, and both sides have a positive electrode current collector double-sided exposed portion where the positive electrode current collector is exposed,
2. The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein in the wound body, the positive electrode current collector double-sided exposed portion further covers the outer side of the positive electrode current collector single-sided exposed portion one or more times.

Of the positive electrode and the negative electrode , the wound body has only the negative electrode that is the innermost peripheral part, and the negative electrode current collector is exposed only on one side at one end in the length direction of the negative electrode that is the inner peripheral side. 2. The solid electrolyte battery according to claim 1, further comprising: a negative electrode current collector single-sided exposed portion, wherein the negative electrode current collector single-sided exposed portion covers one or more inner circumferences of the wound body. .

2. The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the separator is made of one or two or more mixed materials containing polyolefin or a laminated material containing polyolefin.

The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the separator has a thickness of 5 μm to 15 μm.