JP4245205B2

JP4245205B2 - Non-aqueous electrolyte battery

Info

Publication number: JP4245205B2
Application number: JP06799198A
Authority: JP
Inventors: 康伸児玉; 育朗中根; 訓生川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: JPH11265732A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装体を有し、この外装体内に発電要素が収納された非水電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非水電解質電池の外装体としては、全てがステンレス等の金属から成るものが用いられていた。ところが、このような外装体を用いた電池では、金属製の外装体を厚くせざるをえず、しかもこれに伴い電池重量が増大する。この結果、電池の薄型化が困難になると共に、電池の重量エネルギー密度が小さくなるという課題を有していた。
【０００３】
そこで、本発明者らは、先に、アルミニウム等から成る金属層の両面に接着剤層を介して樹脂層が形成されたラミネート材を袋状にしてラミネート外装体を構成し、このラミネート外装体の収納空間に発電要素を収納するような薄型電池を提案した。このような構造の電池であれば、飛躍的に電池の小型化を達成でき、しかも電池の重量エネルギー密度が大きくなるという利点を有する。
【０００４】
しかしながら、上記ラミネート外装体を用いた電池では、金属製の外装体を用いた電池に比べて、外装体が柔軟である。このため、発電要素の厚みに応じて、外装体も変形するため、発電要素が厚くなると、その分だけ電池の厚みも大きくなる。この結果、体積エネルギー密度が低下するという課題を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、発電要素を薄くすることにより、電池の厚みを小さくし、これにより体積エネルギー密度を飛躍的に増大することができる非水電解質電池の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、帯状の正極芯体の両面に正極活物質層が形成された正極と、帯状の負極芯体の両面に負極活物質層が形成された負極とが、セパレータを介して長手方向に巻回された偏平渦巻き状の発電要素を有すると共に、この発電要素が、電池内圧の上昇によって変形するラミネート外装体内に収納され、しかも上記正極からは正極タブが、上記負極からは負極タブが、それぞれ上記両芯体の長手方向と略垂直に延設され、且つ上記両タブが所定の間隔で配置される構造の非水電解質電池において、上記両タブは、上記両極の巻回始端に各々設けられ、且つ上記発電要素の巻回軸方向の一方側面から同一方向に突出され、上記両極のうち少なくとも一方の極における少なくとも一方の面には、上記同一方向に突出された両タブ間の距離以上の長さの活物質未塗布部が形成され、当該活物質未塗布部は両タブに対応する電極位置に位置していることを特徴とする。
正極タブが設けられた正極と、負極タブが設けられた負極とを、セパレータを介して巻回される偏平渦巻き状の発電要素を有する電池では、両タブが接触することによるショートを防止するために、両タブをある程度離して配置する必要がある。したがって、正負極の巻回終端において両者が略一致するためには、一方の極を他方の極より長くせざるを得ない。ところが、このような構造であると、長くした電極部分は、充放電に関与しないにも関わらず、活物質層が形成されているため、その活物質層の厚み分だけ発電要素が厚くなり、この結果電池の厚みも増加する。特に、両タブはある程度の厚みを有するため、両タブが形成されている部分における厚みが増大する。このことから、体積エネルギー密度等が減少する。
しかしながら、上記構成の如く、両極のうち少なくとも一方の極における少なくとも一方の面には、上記両タブ間の距離以上の活物質未塗布部が形成されていれば、当該活物質未塗布部において活物質層の厚み分だけ薄くなる。特に、活物質未塗布部は両タブ間の距離以上に形成され、両タブに対応する位置には常に活物質未塗布部が存在することになるため、特に問題となる両タブにおける発電要素（電池）の厚みが減少する。このことから、電池の体積エネルギー密度が増大し、しかも活物質未塗布部の存在により重量エネルギー密度が増大する。
加えて、従来の構造であると、電池を充電状態で保存（特に、高温で保存）すると、充放電に関与しない長くした電極部分がある程度充電された状態になる。ところが、当該部分では放電できないため、その分だけ放電容量の減少を招き、しかも充放電サイクルを繰り返した後の電池厚みが増大する。これに対して、上記の構造であれば、充放電に関与しない長くした電極部分には活物質層が形成されていないので、保存により当該部分が充電状態となるのを防止できる。したがって、放電容量が減少せず、しかも理由は定かではないが充放電サイクルを繰り返した後の電池厚みの増大を抑制できる。
また、上記両タブは、上記両極の巻回始端に各々設けられていることを特徴とする。このような構成であれば、正負両極において両タブの取り付けが容易化するので、電池の製造コストが低減される。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記活物質層未塗布部の長さは、上記同一方向に突出された両タブ間の距離の２倍以上となるように構成されることを特徴とする。
このような構成であれば、一層電池厚みを小さくすることができるので、上記の効果が一層発揮される。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、上記ラミネート外装体は、アルミニウム層の両面に、変性ポリプロピレンから成る接着剤層を介してポリプロピレンから成る樹脂層が接着されてなるものであることを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２、又は３記載の発明において、上記両極の両活物質層は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵，放出可能な材料から成ることを特徴とする。
上記の如く本発明を二次電池に適用すれば、理由は定かではないが充放電サイクルを繰り返した後の電池厚みの増大を抑制できる。
また、請求項５記載の発明は、請求項１、２、３、又は４記載の発明において、上記負極活物質として、グラファイトが用いられることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
〔第１の形態〕
本発明の第１の形態を、図１〜図８に基づいて、以下に説明する。
図１は第１の形態に係る非水電解質電池の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は第１の形態に係る非水電解質電池に用いるラミネート外装体の断面図、図４は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図、図５は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図、図６は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図、図７は第１の形態に係る非水電解質電池を作製する際の工程説明図、図８は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる発電要素の斜視図である。
【０００８】
図２に示すように、本発明の薄型電池は発電要素１を有しており、この発電要素１は収納空間２内に配置されている。この収納空間２は、図１に示すように、ラミネート外装体３の上下端と中央部とをそれぞれ封止部４ａ・４ｂ・４ｃで封口することにより形成される。また、収納空間２には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液が注入されている。また、図８に示すように、上記発電要素１は、ＬｉＣｏＯ₂から成る正極５と、グラファイトから成る負極６と、これら両電極を離間するセパレータ（図８においては図示せず）とを偏平渦巻き状に巻回することにより作製される。
【０００９】
また、図３に示すように、上記ラミネート外装体３の具体的な構造は、アルミニウム層１１（厚み：３０μｍ）の両面に、各々、変性ポリプロピレンから成る接着剤層１２・１２（厚み：５μｍ）を介してポリプロピレンから成る樹脂層１３・１３（厚み：３０μｍ）が接着される構造である。
【００１０】
更に、上記正極５はアルミニウムから成る正極集電タブ７に、また上記負極６は銅から成る負極集電端タブ８にそれぞれ接続され、電池内部で生じた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
尚、この電池の大きさは、図１及び図２に示すように、幅Ｌ₁が３５ｍｍ、長さＬ₂が８０ｍｍ、厚みＬ₃が３ｍｍとなるように構成されている。
【００１１】
ここで、上記構造の電池を、以下のようにして作製した。
先ず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂と導電剤としてのアセチレンブラックとグラファイトと結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で、９０：２：３：５の割合で混合して正極合剤を作製した後、図４及び図５（尚、図４及び図５においては、理解の容易のため、後工程で正極５に取り付ける正極タブ７も実線で図示している）に示すように、この正極合剤をアルミニウムから成る帯状の正極芯体１０の両面に塗着し、更に圧延、乾燥して正極活物質層９ａ・９ｂを形成した。これにより、正極５が作製される。
この際、上記正極タブ７の近傍における上記正極芯体１０の両面には、正極活物質層９ａ・９ｂを形成しない正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂを形成すると共に、上記正極タブ７とは反対側の端部近傍における上記正極芯体１０の一方の面には、正極活物質層９ｂを形成しない正極活物質未塗布部１４ｃを形成した。尚、この正極５の長さＬ₄は２５３ｍｍ、正極５の幅Ｌ₅は５５．５ｍｍ、正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂの長さＬ₆・Ｌ₇は３６ｍｍ、正極活物質未塗布部１４ｃの長さＬ₈は７０ｍｍ、正極活物質層９ａの長さＬ₉は２１７ｍｍ、正極活物質層９ｂの長さＬ₁₀は１４７ｍｍ、正極タブ７の幅Ｌ₁₁は４ｍｍとした。
【００１２】
これと並行して、負極活物質としての天然黒鉛と結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを重量比で、９０：１０の割合で混合して負極合剤を作製した後、図６（尚、図６においては、理解の容易のため、後工程で負極６に取り付ける負極タブ８も実線で図示している）に示すように、この負極合剤を銅から成る帯状の負極芯体１７の両面における全面に塗着し、更に乾燥、圧延して負極活物質層２１ａを形成した。これにより、負極６が作製される。
尚、上記負極６の長さＬ₁₂は２２５ｍｍ、負極６の幅Ｌ₁₃は５７．５ｍｍ、負極タブ８の幅Ｌ₁₄は４ｍｍとした。また、負極６は両面とも同一の構成であるので、他方の面の図面及びその説明は省略する。
次に、これら正負極５・６に、それぞれ正極集電タブ７と負極集電タブ８とを取り付けた後、図７（図７においては、セパレータは省略している）に示すように、両タブ７・８のタブ間距離Ｌ₁₅が１８ｍｍとなるように、正負極５・６をセパレータを介して配置する。しかる後、巻回用の薄板１５を用いて正負両極５・６及びセパレータを偏平渦巻状に巻回して、図８（図８においては、セパレータは省略している）に示すような発電要素１を作製した。
【００１３】
次いで、樹脂層（ポリプロピレン）／接着剤層／アルミニウム合金層／接着剤層／樹脂層（ポリプロピレン）の５層構造から成るシート状のラミネート材を用意した後、このラミネート材における端部近傍同士を重ね合わせ、更に、重ね合わせ部を溶着して、封止部４ｃを形成した。次に、この筒状のラミネート材の収納空間２内に発電要素１を挿入した。この際、筒状のラミネート材の一方の開口部から両集電タブ７・８が突出するように発電要素１を配置した。次に、この状態で、両集電タブ７・８が突出している開口部のラミネート材を溶着して封止し、封止部４ａを形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装置を用いて行った。
【００１４】
次いで、この状態で、真空加熱乾燥（温度：１０５℃）を２時間行い、ラミネート材及び発電要素１の水分を除去した。この後、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入した後、この状態で１時間放置した。しかる後、発電要素１に対応するラミネート材を金属板にて加圧しつつ、上記封止部４ａとは反対側のラミネート材の端部を超音波溶着装置を用いて溶着し、封止部４ｂを形成することにより非水電解質電池を作製した。尚、上記電解液注入工程以降の工程は、アルゴン雰囲気のドライボックス内で行った。
【００１５】
ここで、ラミネート外装体の樹脂層としては上記ポリプロピレンに限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン系高分子、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン等のポリビニリデン系高分子、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン７等のポリアミド系高分子等が挙げられる。また、ラミネート外装体の構造としては、上記の５層構造に限定されるものではない。
更に、外装体としては、ラミネート外装体に限定されるものではなく、僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装体であれば、本発明を適用しうることは勿論である。
【００１６】
更に、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ₂の他、例えば、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄或いはこれらの複合体、又はポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子等が好適に用いられ、また負極材料としては上記グラファイトの他、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維或いはこれらの焼成体等が好適に用いられる。更に、本発明は上記リチウムイオン電池に限定されるものではなく、正負極間に固体電解質が存在するポリマー電池等の他の電池にも適用しうる。
【００１７】
加えて、用いられる電解質としては、上記ＬｉＰＦ₆に限定するものではなく、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄等を用いることも可能である。
〔第２の形態〕
本発明の第２の形態を、図９〜図１１に基づいて、以下に説明する。
図９は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図、図１０は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図、図１１は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
尚、上記第１の形態と同様の機能を有する部材についてはその説明を省略し、また、上記第１の形態と同様の長さ及び幅（Ｌ₄等）であるものについてもその説明を省略する。このことは、下記の形態についても同様である。
図９及び図１０に示すように、正極５の正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂの幅Ｌ₆を６ｍｍと短くする（この場合には、正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂは正極リード７により略覆われるので、正極活物質未塗布部本来の役割は有しない）と共に、図１１に示すように、負極６の巻回始端（負極タブ８の近傍）における両面に負極活物質未塗布部２０ａを形成する他は、上記第１の形態の非水電解質電池と同様の構成である。尚、負極６は両面とも同一の構成であるので、他方の面の図面及びその説明は省略する。
ここで、正極５の正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂの幅Ｌ₆を短くしたことに伴って、正極５の長さＬ₄を２２３ｍｍとすると共に、負極６の長さＬ₁₂を２５５ｍｍ、負極活物質層２１ａの長さＬ₁₆を２２３ｍｍとし、且つ負極活物質未塗布部２０ａの長さＬ₁₇を３２ｍｍとした。
〔第３の形態〕
本発明の第３の形態を、図１２〜図１５に基づいて、以下に説明する。
図１２は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図、図１３は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図、図１４は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図、図１５は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の背面図である。
図１５に示すように、負極６の巻回始端（負極タブ８の近傍）における一方の面に負極活物質未塗布部２０ｂを形成する他は、上記第１の形態の非水電解質電池と同様の構成である。
ここで、負極活物質層２１ｂの長さＬ₁₈を１６０ｍｍとし、且つ負極活物質未塗布部２０ｂの長さＬ₁₉を６５ｍｍとした。
〔第４の形態〕
本発明の第４の形態を、図１６〜図１８に基づいて、以下に説明する。
図１６は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図、図１７は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図、図１８は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
図１６及び図１７に示すように、正極５の正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂの幅Ｌ₆を６ｍｍと短くする（この場合には、正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂは正極リード７により略覆われるので、正極活物質未塗布部本来の役割は有しない）他は、上記第１の形態の非水電解質電池と同様の構成である。尚、負極６は両面とも同一の構成であるので、他方の面の図面及びその説明は省略する。
ここで、正極５の正極活物質未塗布部１４ａ・１４ｂの幅Ｌ₆を短くしたことに伴って、正極５の長さＬ₄を２２３ｍｍとすると共に、負極６の長さＬ₁₂を２５５ｍｍとした。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕
実施例１としては上記第１の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ１と称する。
【００１９】
〔実施例２〕
実施例２としては上記第２の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ２と称する。
〔実施例３〕
実施例３としては上記第３の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ３と称する。
〔実施例４〕
実施例４としては上記第４の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ４と称する。
【００２０】
〔比較例〕
本発明の比較例を、図１９及び図２０に基づいて、以下に説明する。
図１９は比較例に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図、図２０は比較例に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
尚、上記第１実施例と同様の機能を有する部材についてはその説明を省略し、また、上記第１実施例と同様の長さ及び幅（Ｌ₄等）であるものについてもその説明を省略する。
図１９に示すように、正極５の正極活物質未塗布部１４ａの幅Ｌ₆を６ｍｍと短くする（この場合には、正極活物質未塗布部１４ａは正極リード７により略覆われるので、正極活物質未塗布部本来の役割は有しない）と共に、正極活物質未塗布部１４ｃを形成しない他は、上記第１実施例の非水電解質電池と同様の構成である。尚、正極５及び負極６は両面とも同一の構成であるので、他方の面の図面及びその説明は省略する。
ここで、正極５の正極活物質未塗布部１４ａの幅Ｌ₆を短くしたことに伴って、正極５の長さＬ₄を２２３ｍｍとすると共に、負極６の長さＬ₁₂を３２５ｍｍとした。
〔実験１〕
上記本発明電池Ａ１〜Ａ４及び比較電池Ｘにおいて、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度を調べると共に、下記の条件で充電し、更に６０℃で２０日間電池を保存した後の容量回復率を調べたので、それらの結果を表１に示す。
尚、容量回復率は下記数１により算出される。また、容量維持率及び容量回復率を算出する際の充放電条件は、下記の条件である。
【００２１】
充電条件：定電流、定電圧充電であり、具体的には、５００ｍＡの電流で電池電圧が４．１Ｖになった後、電流値が２５ｍＡに低下した時点で充電を終了する。
放電条件：定電流放電であり、具体的には、５００ｍＡの電流で電池電圧が２．７５Ｖになった時点で放電を終了する。
【００２２】
【数１】

【００２３】
【表１】

【００２４】
表１から明らかなように、比較電池Ｘでは体積エネルギー密度が１８８Ｗｈ／Ｌ、重量エネルギー密度が１１０Ｗｈ／ｋｇ、容量回復率が８３％であるのに対して、本発明電池Ａ１〜Ａ４では体積エネルギー密度が２０７Ｗｈ／Ｌ以上、重量エネルギー密度が１１７Ｗｈ／ｋｇ以上、容量回復率が８４％以上であり、全て比較電池Ｘに比べて優れることが認められる。特に、正負両極に活物質未塗布部を設けた本発明電池Ａ３では、体積エネルギー密度が２３７Ｗｈ／Ｌ、重量エネルギー密度が１３３Ｗｈ／ｋｇ、容量回復率が８９％で、極めて優れていることが認められる。
【００２５】
また、上記表１には示していないが、上記本発明電池Ａ１〜Ａ４及び比較電池Ｘのサイクル特性を調べたところ、本発明電池Ａ１〜Ａ４は比較電池Ｘに比べて充放電サイクル終了後の電池の膨れが格段に小さくなっていることを実験により確認した。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発電要素（電池）の厚みが減少するので、電池の体積エネルギー密度が増大し、しかも活物質未塗布部の存在により重量エネルギー密度が増大すると共に、充放電に関与しない電極部分には活物質層が形成されていないので、放電容量の減少を抑制でき、しかも充放電サイクルを繰り返した後の電池厚みの増大を抑制することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の形態に係る非水電解質電池の正面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図３は第１の形態に係る非水電解質電池に用いるラミネート外装体の断面図である。
【図４】図４は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図である。
【図５】図５は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図である。
【図６】図６は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
【図７】図７は第１の形態に係る非水電解質電池を作製する際の工程説明図である。
【図８】図８は第１の形態に係る非水電解質電池に用いる発電要素の斜視図である。
【図９】図９は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図である。
【図１０】図１０は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図である。
【図１１】図１１は第２の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
【図１２】図１２は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図である。
【図１３】図１３は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図である。
【図１４】図１４は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
【図１５】図１５は第３の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の背面図である。
【図１６】図１６は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の正面図である。
【図１７】図１７は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる正極の背面図である。
【図１８】図１８は第４の形態に係る非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
【図１９】図１９は比較例の非水電解質電池に用いる正極の正面図である。
【図２０】図２０は比較例の非水電解質電池に用いる負極の正面図である。
【符号の説明】
１：発電要素
２：収納空間
３：ラミネート外装体
５：正極
６：負極
７：正極タブ
８：負極タブ
９ａ：正極活物質層
９ｂ：正極活物質層
１０：正極芯体
１４ａ：活物質未塗布部
１４ｂ：活物質未塗布部
１４ｃ：活物質未塗布部
２０ａ：活物質未塗布部
１７：負極芯体
２１ａ：負極活物質層
２１ｂ：負極活物質層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery having an exterior body that is deformed by a slight increase in battery internal pressure and in which a power generation element is housed in the exterior body.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an exterior body of a non-aqueous electrolyte battery, one made of a metal such as stainless steel has been used. However, in a battery using such an exterior body, the metal exterior body must be thickened, and the battery weight increases accordingly. As a result, it has been difficult to reduce the thickness of the battery and to reduce the weight energy density of the battery.
[0003]
Therefore, the present inventors previously configured a laminate outer package by forming a bag of a laminate material in which a resin layer is formed on both surfaces of a metal layer made of aluminum or the like via an adhesive layer. We proposed a thin battery that houses the power generation element in the storage space. A battery having such a structure has the advantage that the battery can be dramatically reduced in size and the weight energy density of the battery is increased.
[0004]
However, in the battery using the laminate outer package, the outer package is more flexible than the battery using the metal outer package. For this reason, since an exterior body also deform | transforms according to the thickness of an electric power generation element, when the electric power generation element becomes thick, the thickness of a battery will also increase by that much. As a result, there has been a problem that the volume energy density is lowered.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by reducing the thickness of the battery by thinning the power generation element, the non-aqueous electrolyte battery capable of dramatically increasing the volume energy density can be achieved. For the purpose of provision.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 among the present invention is a positive electrode in which a positive electrode active material layer is formed on both sides of a belt-like positive electrode core, and a negative electrode active on both surfaces of the belt-like negative electrode core. The negative electrode on which the material layer is formed has a flat spiral power generation element wound in the longitudinal direction via a separator, and the power generation element is housed in a laminate outer body that is deformed by an increase in battery internal pressure, In addition, a non-aqueous electrolyte having a structure in which a positive electrode tab is extended from the positive electrode and a negative electrode tab is extended from the negative electrode substantially perpendicularly to the longitudinal direction of the cores, and the tabs are arranged at a predetermined interval. In the battery, each of the tabs is provided at each winding start end of each of the poles and protrudes in the same direction from one side surface in the winding axis direction of the power generating element , and at least one of at least one of the poles. surface Is formed with an active material uncoated portion having a length longer than the distance between both tabs protruding in the same direction, and the active material uncoated portion is located at an electrode position corresponding to both tabs. And
In a battery having a flat spiral power generation element in which a positive electrode provided with a positive electrode tab and a negative electrode provided with a negative electrode tab are wound via a separator, in order to prevent a short circuit due to contact between both tabs In addition, it is necessary to arrange both tabs apart to some extent. Therefore, in order for both to substantially coincide at the winding end of the positive and negative electrodes, one pole must be made longer than the other pole. However, with such a structure, the elongated electrode portion is not involved in charging / discharging, but the active material layer is formed, so the power generation element becomes thicker by the thickness of the active material layer, As a result, the thickness of the battery also increases. In particular, since both tabs have a certain thickness, the thickness at the portion where both tabs are formed increases. For this reason, volume energy density and the like are reduced.
However, as in the above configuration, if an active material uncoated portion that is longer than the distance between the two tabs is formed on at least one surface of at least one of the two electrodes, the active material uncoated portion is active. It becomes thinner by the thickness of the material layer. In particular, the active material uncoated portion is formed more than the distance between the two tabs, and the active material uncoated portion is always present at the position corresponding to both tabs. Battery) thickness is reduced. As a result, the volumetric energy density of the battery increases, and the weight energy density increases due to the presence of the active material uncoated portion.
In addition, with the conventional structure, when the battery is stored in a charged state (particularly, stored at a high temperature), the elongated electrode portion that is not involved in charge / discharge is charged to some extent. However, since this portion cannot be discharged, the discharge capacity is reduced correspondingly, and the battery thickness after repeating the charge / discharge cycle is increased. On the other hand, if it is said structure, since the active material layer is not formed in the lengthened electrode part which is not concerned with charging / discharging, it can prevent that said part will be in a charging state by storage. Therefore, the discharge capacity does not decrease, and although the reason is not clear, the increase in the battery thickness after repeating the charge / discharge cycle can be suppressed.
Also, the upper Symbol both tab features that are respectively provided on the winding start end of the poles. With such a configuration, it is easy to attach both tabs in both the positive and negative electrodes, and the manufacturing cost of the battery is reduced.
Further, in the invention described in claim 2, in the invention described in claim 1 , the length of the active material layer uncoated part is at least twice the distance between the two tabs protruding in the same direction. It is characterized by being configured.
With such a configuration, the battery thickness can be further reduced, and thus the above-described effects are further exhibited.
The invention of claim 3, wherein, in the invention of claim 1 or 2, wherein the laminated outer body, on both surfaces of the aluminum layer, a resin layer made of polypropylene via an adhesive layer made of modified polypropylene is bonded It is characterized by the above.
The invention described in claim 4 is characterized in that , in the invention described in

claim

1, 2 , or 3 , the active material layers of both electrodes are made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. To do.
If the present invention is applied to the secondary battery as described above, the increase in the battery thickness after repeating the charge / discharge cycle can be suppressed, although the reason is not clear.
The invention described in claim 5 is characterized in that , in the invention described in

claim

1, 2, 3, or 4 , graphite is used as the negative electrode active material.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below based on FIGS.
1 is a front view of the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a laminate outer package used for the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment. 4 is a front view of the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment, FIG. 5 is a rear view of the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment, and FIG. 7 is a front view of a negative electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the embodiment, FIG. 7 is a process explanatory diagram when producing the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment, and FIG. 8 is a diagram illustrating the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment. It is a perspective view of the electric power generation element to be used.
[0008]
As shown in FIG. 2, the thin battery of the present invention has a power generation element 1, and the power generation element 1 is disposed in a storage space 2. As shown in FIG. 1, the storage space 2 is formed by sealing the upper and lower ends and the center portion of the laminate outer package 3 with sealing

portions

4a, 4b, and 4c, respectively. In addition, in the storage space 2, LiPF ₆ is dissolved at a ratio of 1M (mol / liter) in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 4: 6. The electrolyte solution is injected. Further, as shown in FIG. 8, the power generating element 1 includes a positive spiral 5 made of LiCoO ₂ , a negative electrode 6 made of graphite, and a separator (not shown in FIG. 8) that separates both electrodes. It is produced by winding in a shape.
[0009]
Also, as shown in FIG. 3, the specific structure of the laminate outer package 3 is that adhesive layers 12 and 12 (thickness: 5 μm) made of modified polypropylene are formed on both sides of the aluminum layer 11 (thickness: 30 μm), respectively. In this structure, resin layers 13 and 13 (thickness: 30 μm) made of polypropylene are bonded to each other.
[0010]
Further, the positive electrode 5 is connected to a positive electrode current collecting tab 7 made of aluminum, and the negative electrode 6 is connected to a negative electrode current collecting end tab 8 made of copper, so that chemical energy generated inside the battery can be taken out as electric energy to the outside. It is like that.
As shown in FIGS. 1 and 2, the size of the battery is such that the width L ₁ is 35 mm, the length L ₂ is 80 mm, and the thickness L ₃ is 3 mm.
[0011]
Here, the battery having the above structure was produced as follows.
First, LiCoO ₂ as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, graphite, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed at a weight ratio of 90: 2: 3: 5. After preparing the mixture, as shown in FIG. 4 and FIG. 5 (in FIG. 4 and FIG. 5, the positive electrode tab 7 to be attached to the positive electrode 5 in the subsequent process is also shown by a solid line for easy understanding). The positive electrode mixture was applied to both surfaces of a strip-shaped positive electrode core 10 made of aluminum, and further rolled and dried to form positive electrode

active material layers

9a and 9b. Thereby, the positive electrode 5 is produced.
At this time, the positive electrode active material

uncoated portions

14a and 14b that do not form the positive electrode

active material layers

9a and 9b are formed on both surfaces of the positive electrode core 10 in the vicinity of the positive electrode tab 7 and On one surface of the positive electrode core 10 in the vicinity of the opposite end, a positive electrode active material uncoated portion 14c that does not form the positive electrode active material layer 9b was formed. The length L ₄ of the positive electrode 5 is 253 mm, the width L ₅ of the positive electrode ₅ is 55.5 mm, the lengths L ₆ and L ₇ of the positive electrode active material

uncoated portions

14a and 14b are 36 mm, and the positive electrode active material uncoated portion. the length L ₈ of 14c was 70 mm, the positive electrode active material layer 9a length L ₉ is 217 mm, the length L ₁₀ is 147mm of the positive electrode active material layer 9b, the width L ₁₁ of the positive electrode tab 7 and 4 mm.
[0012]
In parallel with this, a negative electrode mixture was prepared by mixing natural graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder in a weight ratio of 90:10. In FIG. 6, for easy understanding, the negative electrode tab 8 to be attached to the negative electrode 6 in the subsequent process is also shown by a solid line). The negative electrode active material layer 21a was formed by coating on the entire surface of the substrate and further drying and rolling. Thereby, the negative electrode 6 is produced.
The length L ₁₂ of the negative electrode 6 was 225 mm, the width L ₁₃ of the negative electrode 6 was 57.5 mm, and the width L ₁₄ of the negative electrode tab 8 was 4 mm. Moreover, since the negative electrode 6 has the same configuration on both sides, the drawing and explanation of the other side are omitted.
Next, after attaching the positive electrode current collecting tab 7 and the negative electrode current collecting tab 8 to the positive and

negative electrodes

5 and 6, respectively, as shown in FIG. 7 (separator is omitted in FIG. 7), as shown in FIG. The positive and

negative electrodes

5 and 6 are arranged via a separator so that the distance L ₁₅ between the

tabs

7 and 8 is 18 mm. Thereafter, the positive and

negative electrodes

5 and 6 and the separator are wound in a flat spiral shape using the winding thin plate 15, and the power generation element 1 as shown in FIG. 8 (the separator is omitted in FIG. 8). Was made.
[0013]
Next, after preparing a sheet-like laminate material having a five-layer structure of resin layer (polypropylene) / adhesive layer / aluminum alloy layer / adhesive layer / resin layer (polypropylene), the vicinity of the end portions of the laminate material The sealing portion 4c was formed by overlapping and further welding the overlapping portion. Next, the power generation element 1 was inserted into the storage space 2 of the cylindrical laminate material. At this time, the power generating element 1 was arranged so that the

current collecting tabs

7 and 8 protrude from one opening of the cylindrical laminate material. Next, in this state, the laminated material of the opening part from which both the

current collection tabs

7 and 8 protruded was welded and sealed, and the sealing part 4a was formed. At this time, welding was performed using a high frequency induction welding apparatus.
[0014]
Next, in this state, vacuum heating drying (temperature: 105 ° C.) was performed for 2 hours to remove moisture from the laminate material and the power generation element 1. Thereafter, an electrolyte solution in which LiPF ₆ is dissolved at a ratio of 1 M (mol / liter) is injected into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 4: 6, and this state is reached. And left for 1 hour. Thereafter, the laminate material corresponding to the power generation element 1 is pressed with a metal plate, and the end of the laminate material opposite to the sealing portion 4a is welded using an ultrasonic welding device, and the sealing portion 4b. To form a non-aqueous electrolyte battery. In addition, the process after the said electrolyte solution injection | pouring process was performed within the dry box of argon atmosphere.
[0015]
Here, the resin layer of the laminate outer package is not limited to the above-described polypropylene. For example, a polyolefin polymer such as polyethylene, a polyester polymer such as polyethylene terephthalate, a polyvinylidene fluoride, a polyvinylidene chloride, or the like. Examples thereof include vinylidene polymers, polyamide polymers such as nylon 6, nylon 66, nylon 7, and the like. Further, the structure of the laminate outer package is not limited to the above five-layer structure.
Further, the exterior body is not limited to the laminate exterior body, and it is needless to say that the present invention can be applied to any exterior body that is deformed by a slight increase in battery internal pressure.
[0016]
Further, as the positive electrode material, in addition to LiCoO ₂ , for example, LiNiO ₂ , LiMn ₂ O ₄ or a composite thereof, or a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, or the like is preferably used. In addition to graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a fired body thereof is preferably used. Furthermore, the present invention is not limited to the above lithium ion battery, and can be applied to other batteries such as a polymer battery in which a solid electrolyte exists between positive and negative electrodes.
[0017]
In addition, the electrolyte used is not limited to LiPF ₆ , and LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ , LiClO ₄ , LiBF _4, etc. can also be used.
[Second form]
A second embodiment of the present invention will be described below based on FIGS.
9 is a front view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment, FIG. 10 is a rear view of the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment, and FIG. It is a front view of the negative electrode used for a water electrolyte battery.
Note that description of members having the same functions as those of the first embodiment is omitted, and descriptions of members having the same length and width (L ₄ etc.) as those of the first embodiment are also omitted. To do. The same applies to the following forms.
As shown in FIGS. 9 and 10, the width L ₆ of the positive electrode active material

uncoated portions

14a and 14b of the positive electrode 5 is shortened to 6 mm (in this case, the positive electrode active material

uncoated portions

14a and 14b are the positive electrode leads 7). 11 is not covered by the positive electrode active material uncoated portion, and the negative electrode active material uncoated portion on both sides at the winding start end (near the negative electrode tab 8) of the negative electrode 6 as shown in FIG. Except for forming 20a, the configuration is the same as that of the nonaqueous electrolyte battery of the first embodiment. Since the negative electrode 6 has the same configuration on both sides, the drawing on the other side and the description thereof are omitted.
Here, the length L ₄ of the positive electrode 5 is set to 223 mm and the length L ₁₂ of the negative electrode 6 is set to 255 mm in accordance with the shortening of the width L ₆ of the positive electrode active material

uncoated portions

14 a and 14 b of the positive electrode 5. the length L ₁₆ of the negative electrode active material layer 21a and 223 mm, and was the length L ₁₇ of the negative electrode active material uncoated portion 20a and 32 mm.
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
12 is a front view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment, FIG. 13 is a rear view of the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment, and FIG. FIG. 15 is a rear view of the negative electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the third embodiment.
As shown in FIG. 15, the negative electrode active material uncoated portion 20b is formed on one surface at the winding start end (near the negative electrode tab 8) of the negative electrode 6 as in the nonaqueous electrolyte battery of the first embodiment. It is the composition.
Here, the length L ₁₈ of the negative electrode active material layer 21b was set to 160 mm, and the length L ₁₉ of the negative electrode active material uncoated portion 20b was set to 65 mm.
[Fourth form]
The 4th form of this invention is demonstrated below based on FIGS.
16 is a front view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the fourth embodiment, FIG. 17 is a rear view of the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the fourth embodiment, and FIG. It is a front view of the negative electrode used for a water electrolyte battery.
As shown in FIGS. 16 and 17, the width L ₆ of the positive electrode active material

uncoated portions

14a and 14b are the positive electrode leads 7). The positive electrode active material non-applied part does not have the original role), and the other configuration is the same as that of the nonaqueous electrolyte battery of the first embodiment. Since the negative electrode 6 has the same configuration on both sides, the drawing on the other side and the description thereof are omitted.
Here, the length L ₄ of the positive electrode 5 is set to 223 mm and the length L ₁₂ of the negative electrode 6 is set to 255 mm as the width L ₆ of the positive electrode active material

uncoated portions

14 a and 14 b of the positive electrode 5 is shortened. did.
[0018]
【Example】
[Example 1]
As Example 1, the battery shown in the first embodiment was used.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery A1.
[0019]
[Example 2]
As Example 2, the battery shown in the second embodiment was used.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery A2.
Example 3
As Example 3, the battery shown in the third embodiment was used.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery A3.
Example 4
As Example 4, the battery shown in the fourth embodiment was used.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery A4.
[0020]
[Comparative example]
A comparative example of the present invention will be described below based on FIG. 19 and FIG.
FIG. 19 is a front view of a positive electrode used in a non-aqueous electrolyte battery according to a comparative example, and FIG. 20 is a front view of a negative electrode used in a non-aqueous electrolyte battery according to a comparative example.
Note that description of members having the same functions as those in the first embodiment is omitted, and descriptions of members having the same length and width (L ₄ etc.) as those in the first embodiment are also omitted. To do.
As shown in FIG. 19, the width L ₆ of the positive electrode active material uncoated portion 14a of the positive electrode 5 is shortened to 6 mm (in this case, the positive electrode active material uncoated portion 14a is substantially covered with the positive electrode lead 7, It has the same structure as the nonaqueous electrolyte battery of the first embodiment except that the positive active material uncoated portion 14c is not formed. Since the positive electrode 5 and the negative electrode 6 have the same configuration on both surfaces, the drawings on the other surface and the description thereof are omitted.
Here, the length L ₄ of the positive electrode 5 was set to 223 mm and the length L ₁₂ of the negative electrode 6 was set to 325 mm in accordance with the shortening of the width L ₆ of the positive electrode active material uncoated portion 14 a of the positive electrode 5.
[Experiment 1]
In the present invention batteries A1 to A4 and the comparative battery X, the volume energy density and the weight energy density were examined, the battery was charged under the following conditions, and the capacity recovery rate after storing the battery at 60 ° C. for 20 days was examined. The results are shown in Table 1.
The capacity recovery rate is calculated by the following formula 1. Moreover, the charging / discharging conditions at the time of calculating a capacity | capacitance maintenance factor and a capacity | capacitance recovery factor are the following conditions.
[0021]
Charging conditions: constant current and constant voltage charging. Specifically, after the battery voltage becomes 4.1 V at a current of 500 mA, the charging is terminated when the current value decreases to 25 mA.
Discharge condition: constant current discharge. Specifically, the discharge is terminated when the battery voltage becomes 2.75 V with a current of 500 mA.
[0022]
[Expression 1]

[0023]
[Table 1]

[0024]
As is clear from Table 1, the comparative battery X has a volume energy density of 188 Wh / L, a weight energy density of 110 Wh / kg, and a capacity recovery rate of 83%, whereas the inventive batteries A1 to A4 have a volume energy. The density is 207 Wh / L or more, the weight energy density is 117 Wh / kg or more, and the capacity recovery rate is 84% or more, all of which are superior to the comparative battery X. In particular, the battery A3 of the present invention in which the active material uncoated part is provided on both the positive and negative electrodes is extremely excellent with a volume energy density of 237 Wh / L, a weight energy density of 133 Wh / kg, and a capacity recovery rate of 89%. It is done.
[0025]
Although not shown in Table 1 above, when the cycle characteristics of the batteries A1 to A4 and the comparative battery X were examined, the batteries A1 to A4 of the present invention were compared with the comparative battery X after the end of the charge / discharge cycle. It was confirmed by experiment that the swelling of the battery was remarkably reduced.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the thickness of the power generation element (battery) is reduced, the volumetric energy density of the battery is increased, and the weight energy density is increased due to the presence of the active material uncoated portion. Since the active material layer is not formed on the electrode portion that does not participate in charge / discharge, it is possible to suppress a decrease in discharge capacity, and it is possible to suppress an increase in battery thickness after repeated charge / discharge cycles. Play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a nonaqueous electrolyte battery according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laminate outer package used for the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
FIG. 4 is a front view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
FIG. 5 is a rear view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
FIG. 6 is a front view of a negative electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
FIG. 7 is a process explanatory diagram when manufacturing the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment;
FIG. 8 is a perspective view of a power generation element used for the nonaqueous electrolyte battery according to the first embodiment.
FIG. 9 is a front view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
FIG. 10 is a rear view of a positive electrode used in the nonaqueous electrolyte battery according to the second embodiment.
FIG. 11 is a front view of a negative electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a second embodiment.
FIG. 12 is a front view of a positive electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment.
FIG. 13 is a rear view of a positive electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment.
FIG. 14 is a front view of a negative electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment.
FIG. 15 is a rear view of a negative electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a third embodiment.
FIG. 16 is a front view of a positive electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a fourth embodiment.
FIG. 17 is a rear view of a positive electrode used in a nonaqueous electrolyte battery according to a fourth embodiment.
FIG. 18 is a front view of a negative electrode used for a nonaqueous electrolyte battery according to a fourth embodiment.
FIG. 19 is a front view of a positive electrode used for a nonaqueous electrolyte battery of a comparative example.
FIG. 20 is a front view of a negative electrode used for a nonaqueous electrolyte battery of a comparative example.
[Explanation of symbols]
1: Power generation element 2: Storage space 3: Laminate outer package 5: Positive electrode 6: Negative electrode 7: Positive electrode tab 8: Negative electrode tab 9a: Positive electrode active material layer 9b: Positive electrode active material layer 10: Positive electrode core body 14a: No active material applied Part 14b: Active material uncoated part 14c: Active material uncoated part 20a: Active material uncoated part 17: Negative electrode core 21a: Negative electrode active material layer 21b: Negative electrode active material layer

Claims

A positive electrode having a positive electrode active material layer formed on both surfaces of a belt-like positive electrode core and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on both surfaces of the belt-like negative electrode core were wound in the longitudinal direction via a separator. The power generation element includes a flat spiral power generation element, and the power generation element is housed in a laminate outer casing that is deformed by an increase in battery internal pressure, and the positive electrode tab from the positive electrode, the negative electrode tab from the negative electrode, and the both cores. In a non-aqueous electrolyte battery having a structure extending substantially perpendicular to the longitudinal direction of the body and having the tabs arranged at a predetermined interval,
The two tabs are provided at the winding start ends of the two poles, respectively, and protrude in the same direction from one side surface in the winding axis direction of the power generating element,
On at least one surface of at least one of the two poles, an active material uncoated portion having a length equal to or longer than the distance between both tabs protruding in the same direction is formed. Located at the electrode position corresponding to the tab,
The nonaqueous electrolyte battery characterized by the above-mentioned.

The length of the active material layer uncoated portion is configured to be at least twice the distance between both tabs protruding in the same direction,
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1 .

The laminate outer package is formed by bonding a resin layer made of polypropylene to both surfaces of an aluminum layer via an adhesive layer made of modified polypropylene.
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1 or 2, wherein the.

Both active material layers of the above two electrodes are made of a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions.
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, 2, or 3 .

As the negative electrode active material, graphite is used.
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, 2, 3, or 4 .