JP4590687B2

JP4590687B2 - Non-aqueous electrolyte battery

Info

Publication number: JP4590687B2
Application number: JP2000150735A
Authority: JP
Inventors: 正美三宅; 貴弘遠藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: JP2001332229A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質又はゲル状電解質を配設してなる非水電解質電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピユーター等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池、なかでもリチウムイオン電池について、薄型や折り曲げ可能な電池の研究開発が活発に進められている。
【０００３】
このような形状自在な電池の電解質として固体化した電解液の研究は盛んであり、とくに可塑剤を含んだ固体電解質であるゲル状の電解質や高分子にリチウム塩を溶かし込んだ高分子固体電解質が注目を浴びている。また、こうした電池の薄型軽量というメリットを生かすべく、プラスチックフィルムやプラスチックフィルムと金属を張り合わせた所謂ラミネートフィルムを用いて封入するタイプの電池が種々検討されている。
【０００４】
例えば、リチウムイオン二次電池においては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の微多孔性のポリオレフィン樹脂フィルムよりなるセパレータを介して正極と負極とが積層されて積層体とされ、この積層体が長手方向に巻回されて電極素子を形成している。正極と負極との間にセパレータを介在させることによって、正極と負極との物理的接触を防止し、内部短絡の発生が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の金属製の密閉容器を用いた電池では容器の剛性が強く、電池外部からの衝撃に対して、電池容器が容易に変形せず、それにより電池内部の電極素子へのダメージが非常に小さいというメリットがあるのに対し、いわゆるラミネートフィルムでは、その剛性が弱く、外部からの衝撃に弱く、それゆえセパレータが配されているとしても、非水系二次電池においては、内蔵されている正極と負極とが接触して短絡を生じるいわゆる内部短絡を生じる虞がある。特に端子リードと対極する電極の短絡が多い。
そして、何らかの理由により内部短絡が生じると、電池内部の温度が上昇することがある。電池内部の温度が上昇すると、充電状態にある正極活物質から酸素が発生しやすくなり、電解液やセパレータ、電極箔等において酸化反応が起きる虞がある。また、高エネルギー密度であるために急激な温度上昇が生じ、周囲の電気部品に影響を与えることがあった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、内部短絡の発生が防止されて優れた信頼性を有する非水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】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の非水電解質電池は、ラミネートフィルムよりなる容器を有し、該容器の内部に、正極及び負極がセパレータを介して積層されるとともに長手方向に巻回された巻回体からなる電池素子が収容され、正極に接合される正極端子リードと負極に接合される負極端子リードとが巻回体の内周から引き出され、容器から導出される非水電解質電池において、少なくともラミネートフィルムの熱溶着層の領域に位置する正極端子リードと負極端子リードとにポリプロピレン樹脂層が接着され、該正極端子リード及び該負極端子リードが対極する電極に対して絶縁されていることを特徴とする。
【０００７】
この非水電解質電池では、ラミネートフィルムよりなる容器に正極及び負極からなる電極素子が収容され、その正極及び負極端子リードに樹脂層が接着されている。従って、従来、容器内で露出していたために特に短絡の生じ易かった端子リードと、対極する電極とが確実に絶縁されることになる。これにより、外部からの衝撃によっても内部短絡の生じる確率が大幅に低下することになり、耐衝撃性が高まる。
【０００９】
この非水電解質電池では、樹脂層の材質が、入手容易なポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレンから選ばれることで、樹脂層が容易に且つ安価に形成可能となる。
【００１０】
請求項２記載の非水電解質電池は、前記樹脂層の厚みが、２０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
この非水電解質電池では、樹脂層の厚みが、２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲となることで、絶縁性能の確保と、絶縁部の肥大化の防止が両立可能になる。
【００１２】
請求項３記載の非水電解質電池は、前記樹脂層の幅が、端子リードより１ｍｍ以上２ｍｍ以下はみだしていることを特徴とする。
【００１３】
この非水電解質電池では、樹脂層の幅が、端子リードより１ｍｍ以上２ｍｍ以下はみだすことで、絶縁性能の確保と、絶縁部の肥大化の防止が両立可能になる。
【００１４】
請求項４記載の非水電解質電池は、非水電解質が、マトリクス高分子中に電解質塩を分散してなる固体電解質であることを特徴とする。
【００１５】
この非水電解質電池では、非水電解質が固体電解質である電池素子において、容器内の端子リードが、対極する電極に対して絶縁され、外部からの耐衝撃性が高まる。
【００１６】
請求項５記載の非水電解質電池は、前記固体電解質が、膨潤溶媒を含有し、ゲル状であることを特徴とする。
【００１７】
この非水電解質電池では、固体電解質がゲル状である電池素子において、容器内の端子リードが、対極する電極に対して絶縁され、外部からの耐衝撃性が高まる。
【００１８】
請求項６記載の非水電解質電池は、前記樹脂層が、電池素子を構成する巻回体の端縁から２ｍｍ以上５ｍｍ以下進入して形成されていることを特徴とする。
【００１９】
この非水電解質電池では、樹脂層が、集電体の内部に進入して形成されることで、内部短絡の生じ易い電池素子の捲回端面と端子リードとの絶縁がより確実となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質電池の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る非水電解質電池の電池素子の分解斜視図、図２は図１の電池素子を内部に収容した非水電解質電池の外観斜視図、図３は図２の非水電解質電池の一部分を切り欠いた平面図である。
【００２１】
本発明の非水電解質電池１は、例えば固体電解質電池或いはゲル状電解質電池であり、図１及び図２に示すように、正極３と負極５に固体電解質又はゲル状電解質（電解質７）を配している。正極３と負極５とは、セパレータ９を介して積層されるとともに長手方向に巻回され、電池素子である巻層体１１として構成される。非水電解質電池１は、この巻層体１１が、ラミネートフィルムよりなる容器である外装材１３に収容され、周囲が熱溶着されることにより封止されてなる。
【００２２】
巻層体１１には、巻層体１１を構成する負極５と電気的に接続される負極端子リード１５、及び正極３と電気的に接続される正極端子リード１７が設けられており、これら負極端子リード１５、正極端子リード１７は、外装材１３の外方へと引き出されている。
【００２３】
本発明に用いられる負極端子リード１５及び正極端子リード１７は、集電体に接合されており、材質としては、正極３は高電位で溶解しないものとして、アルミ、チタン若しくはこれらの合金などが望ましい。負極５は銅又はニッケル又はこれらの合金などが使用できる。
【００２４】
また、負極端子リード１５及び正極端子リード１７は、図３に示すように、樹脂層１９が貼り合わされた構造となっており、樹脂層１９は、端子リード１５、１７と対極する活物質層との絶縁を目的としたもので、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が用いられる。
【００２５】
本発明においては樹脂層１９の厚みｔは２０μ〜５０μｍ、幅ｗは端子リード１５、１７の幅から１〜２ｍｍはみだすようになされている。また、樹脂層１９の端子リード引出し方向の長さｌは、電極集電体の内部２〜５ｍｍから外装材１３の熱溶着層までとすることで内部短絡のきわめて少ないリチウムイオン二次電池とされている。
【００２６】
高分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマーなど若しくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）など及びこれらの混合物が各種使用できるが、これに限定されるものではない。
【００２７】
正極活物質層又は負極活物質層に積層されている固体電解質、又はゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層又は負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正極活物質層又は負極活物質層に積層された固体電解質、又はゲル状電解質は、その一部が正極活物質層又は負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合はその後、光又は熱で架橋して固体化される。
【００２８】
ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独又は可塑剤の一成分として用いた。
【００２９】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、を用いることが望ましい。
【００３０】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、その高分子化合物はポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、又は混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、を用いることが望ましい。
【００３１】
このようなゲル状電解質又は高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化含物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
例えば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３Ｓ０３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６。
【００３３】
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いがＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４が酸化安定性の点から望ましい。
リチウム塩を溶解する濃度としてゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５〜２．０モル／リットルで用いることができる。
【００３４】
本発明に係る非水電解質電池１は、上記のような炭酸エステルを含むゲル状電解質若しくは固体電解質を使用する以外は、従来のリチウムイオン電池と同様に構成することができる。
即ち、リチウムイオン電池を構成する場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。このような負極５の構成材料、例えば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より貝体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニートルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。
【００３５】
この他、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ２等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極５を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。
【００３６】
正極３は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２０５等のリチウムを含有しない金属硫化物或いは酸化物や、ＬｉｘＭＯ２（式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。
【００３７】
このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｙＣｏｌ−ｙＯ２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極３には、これらの正極活物質の複数種をあわせて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極３を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
【００３８】
以上のようにして構成された非水電解質電池１は、ラミネートフィルムよりなる外装材１３に、正極３及び負極５からなる巻層体１１が収容され、その正極及び負極端子リード１５、１７に樹脂層１９が接着されている。従って、従来、外装材１３の内部で露出していたために特に短絡の生じ易かった端子リード１５、１７と、対極する電極とが相互に絶縁されることになる。これにより、外部からの衝撃によっても内部短絡の生じる確率が低く、耐衝撃性に優れた非水電解質電池１が得られる。
【００３９】
【実施例】
次に、上記した実施の形態と同一の構造の非水電解質電池を実施例として製作し、従来構造である比較例とその性能を比較した結果を説明する。
〔実施例〕
負極を次のように作製した。粉砕した黒鉛粉末９０重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−へキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し、負極原反を作製した。
【００４０】
この負極原反を５１ｍｍに切断し、負極集電体に負極活物質層が形成されていない部分に、ポリプロピレン樹脂層を接着したニッケルを負極端子リードとして溶着し、負極を作成した。
【００４１】
正極を次のように作製した。正極活物賀（ＬｉＣｏＯ２）を得るために、炭酸リチウムと炭酸コバルトを０．５モル対１モルの比率で混合し、空気中９００℃で５時間焼成した。次に、得られたＬｉＣｏＯ２、９１重量部、導電剤として黒鉛６重量部、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）３重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し、正極原反を作製した。
【００４２】
この正極原反を４９ｍｍに切断し、負極集電体に負極活物質層が形成されていない部分に、ポリプロピレン樹脂層を接着したアルミニウムを正極端子リードとして溶着し、正極を作成した。
【００４３】
ゲル状電解質を次のようにして得た。負極、正極の上に炭酸エチレン（ＥＣ）４２．５重量部、炭酸プロピレン（ＰＣ）４２．５重量部、ＬｉＰＦ６、１５重量部からなる可塑剤３０重量部に、Ｍｗ；６０万のポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部、そして炭酸ジエチル６０重量部を混合溶解させた溶液を均一に塗布し、含浸させ、常温で８時間放置し、炭酸ジメチルを気化、除去しゲル状電解質を得た。
【００４４】
セパレータは厚み９μｍ、幅５３ｍｍのポリエチレンフィルムを使用した。次に、ゲル状電解質を塗布した負極と正極とが、セパレータを介して巻回された積層体を圧着し、巻層体を作製した。
【００４５】
巻層体をラミネートフィルムからなる封入体に挿入し、減圧しながら２００度１０秒の条件でシール機によりシール幅５ｍｍで熱融着し、平板型ゲル状電解質電池を作製した。
【００４６】
以上のようにして作製された平板型ゲル状電解質電池について充放電を行ったところ、６００ｍＡｈの放電容量が得られ、良好な充放電を示した。
【００４７】
〔比較例〕
正極及び負極端子リードを正極及び負極集電体に溶接する際に、正極及び負極端子リードにポリプロピレン樹脂層を施さないように作製したこと以外は、実施例と同様にして平板型ゲル状電解質電池を作製した。
【００４８】
〔評価〕
実施例、比較例の平板型ゲル状電解質電池について、理論容量の５時間率（１／５Ｃ）にて初充電後、満充電（４．２Ｖ）状態で平板型の平面上に１００ｋｇの荷重をかけた後、ＯＣＶ(Open Circuit Voltage)測定を行い、４．１Ｖ以上のものを良品とし、４．１Ｖ未満のものを不良品とした。それぞれの電池の全個数のうち、良品の占める割合を良品率として表１に示す。良品率が１００％に近いほど、電池の内部短絡が抑えられたことを表す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
以上の結果から明らかなように、端子リードに樹脂層を有する実施例では、端子リードと対極する電極の内部短絡をほぼ完全に抑えることができる。一方、比較例のように端子リードに樹脂層を施さない場合、端子リードと対極する電極がセパレータを突き破り、内部短絡を発生し易い傾向のあることが分かった。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る非水電解質電池は、ラミネートフィルムよりなる容器に正極及び負極からなる電極素子が収容され、その正極及び負極端子リードに樹脂層が接着されているので、従来、容器内で露出していたために特に短絡の生じ易かった端子リードと、対極する電極とが確実に絶縁されることになり、外部からの衝撃によっても内部短絡が生じなくなる。この結果、耐衝撃性に優れた高品質の非水電解質電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解質電池の電池素子の分解斜視図である。
【図２】電池素子を内部に収容した非水電解質電池の外観斜視図である。
【図３】図２の非水電解質電池の一部分を切り欠いた平面図である。
【符号の説明】
１…非水電解質電池、３…正極、５…負極、９…セパレータ、１１…巻層体（電池素子）、１３…外装材（容器）、１５…負極端子リード、１７…正極端子リード、１９…樹脂層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery in which a solid electrolyte or a gel electrolyte is disposed between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR, a mobile phone, and a portable computer have appeared, and their size and weight have been reduced. As portable power sources for these electronic devices, research and development of thin batteries and foldable batteries have been actively promoted for batteries, particularly secondary batteries, especially lithium ion batteries.
[0003]
Research into electrolytes solidified as electrolytes for such freely shaped batteries is particularly active, especially gel-like electrolytes that are solid electrolytes containing plasticizers and polymer solid electrolytes in which lithium salts are dissolved in polymers. Is attracting attention. In order to take advantage of such a thin and light battery, various types of batteries that are encapsulated using a plastic film or a so-called laminate film in which a plastic film and a metal are bonded together have been studied.
[0004]
For example, in a lithium ion secondary battery, a positive electrode and a negative electrode are laminated through a separator made of a microporous polyolefin resin film such as polyethylene or polypropylene, and the laminate is wound in the longitudinal direction. Thus, an electrode element is formed. By interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode, physical contact between the positive electrode and the negative electrode is prevented and occurrence of an internal short circuit is prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a battery using a conventional metal sealed container, the rigidity of the container is strong, and the battery container is not easily deformed by an impact from the outside of the battery, so that the electrode element inside the battery is extremely damaged. In contrast, the so-called laminate film is weak in rigidity and weak against impact from the outside. Therefore, even if a separator is provided, it is built in a non-aqueous secondary battery. There is a risk of causing a so-called internal short circuit in which the positive electrode and the negative electrode come into contact with each other to cause a short circuit. In particular, there are many shorts of electrodes opposite to the terminal leads.
And when an internal short circuit arises for some reason, the temperature inside a battery may rise. When the temperature inside the battery rises, oxygen tends to be generated from the positive electrode active material in a charged state, and an oxidation reaction may occur in the electrolytic solution, the separator, the electrode foil, and the like. In addition, since the energy density is high, a rapid temperature increase occurs, which may affect surrounding electrical components.
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte battery having excellent reliability by preventing the occurrence of an internal short circuit.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein according to the present invention for achieving the above object has a container made of a laminate film, the interior of the container, along with positive and negative electrodes are layered with a separator longitudinally wound winding body or Ranaru battery element is accommodated in the negative electrode terminal lead to be bonded to the positive electrode terminal lead and the negative electrode to be joined to the positive electrode is drawn out from the inner periphery of the wound body, container in the non-aqueous electrolyte cell is derived from less polypropylene resins layer is adhered to the positive electrode terminal lead you located in the region of the heat seal layer of the laminate film and the negative electrode terminal lead, the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal The lead is insulated from the opposite electrode.
[0007]
In this nonaqueous electrolyte battery, an electrode element composed of a positive electrode and a negative electrode is accommodated in a container made of a laminate film, and a resin layer is bonded to the positive electrode and the negative electrode terminal lead. Therefore, the terminal lead, which has been exposed in the container in the past and easily caused a short circuit, is reliably insulated from the counter electrode. As a result, the probability of occurrence of an internal short circuit is greatly reduced even by an external impact, and the impact resistance is enhanced.
[0009]
In this nonaqueous electrolyte battery, the resin layer can be easily and inexpensively formed by selecting the material of the resin layer from readily available polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene.
[0010]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 2 Symbol mounting, the thickness of the resin layer, characterized in that at 20μm or 50μm or less.
[0011]
In this non-aqueous electrolyte battery, when the thickness of the resin layer is in the range of 20 μm or more and 50 μm or less, it is possible to ensure both insulation performance and prevention of enlargement of the insulating portion.
[0012]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 3 Symbol mounting, the width of the resin layer, characterized in that protrude from the terminal lead 1mm or 2mm or less.
[0013]
In this nonaqueous electrolyte battery, the width of the resin layer protrudes from 1 mm to 2 mm from the terminal lead, so that both insulation performance and prevention of enlargement of the insulating portion can be achieved.
[0014]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 4 Symbol mounting is non-aqueous electrolyte, characterized in that it is a solid electrolyte obtained by dispersing an electrolyte salt in a matrix in a polymer.
[0015]
In this non-aqueous electrolyte battery, in the battery element in which the non-aqueous electrolyte is a solid electrolyte, the terminal lead in the container is insulated from the opposite electrode, and the impact resistance from the outside is increased.
[0016]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 5 Symbol mounting, the solid electrolyte contains a swelling solvent, characterized in that it is a gel.
[0017]
In this nonaqueous electrolyte battery, in the battery element in which the solid electrolyte is in a gel form, the terminal lead in the container is insulated from the counter electrode, and the impact resistance from the outside is increased.
[0018]
The nonaqueous electrolyte battery according to claim 6 Symbol mounting, the resin layer, characterized in that it is formed enters 2mm or 5mm or less from the edge of the wound body that make up the battery element.
[0019]
In this non-aqueous electrolyte battery, the resin layer is formed so as to enter the current collector, so that the insulation between the winding end face of the battery element that is likely to cause an internal short circuit and the terminal lead becomes more reliable.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is an exploded perspective view of a battery element of a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, FIG. 2 is an external perspective view of a nonaqueous electrolyte battery in which the battery element of FIG. 1 is housed, and FIG. 3 is a nonaqueous electrolyte of FIG. It is the top view which notched a part of battery.
[0021]
The nonaqueous electrolyte battery 1 of the present invention is, for example, a solid electrolyte battery or a gel electrolyte battery. As shown in FIGS. 1 and 2, a solid electrolyte or a gel electrolyte (electrolyte 7) is disposed on the positive electrode 3 and the negative electrode 5. is doing. The positive electrode 3 and the negative electrode 5 are laminated via a separator 9 and are wound in the longitudinal direction to form a wound layer body 11 that is a battery element. In the nonaqueous electrolyte battery 1, the wound layer body 11 is accommodated in an exterior material 13 that is a container made of a laminate film, and the periphery is sealed by heat welding.
[0022]
The wound layer body 11 is provided with a negative electrode terminal lead 15 electrically connected to the negative electrode 5 constituting the wound layer body 11 and a positive electrode terminal lead 17 electrically connected to the positive electrode 3. The terminal lead 15 and the positive terminal lead 17 are drawn out of the exterior material 13.
[0023]
The negative electrode terminal lead 15 and the positive electrode terminal lead 17 used in the present invention are joined to a current collector, and the material is preferably aluminum, titanium, or an alloy thereof, as the positive electrode 3 does not melt at a high potential. . The negative electrode 5 can be made of copper, nickel, or an alloy thereof.
[0024]
Further, as shown in FIG. 3, the negative terminal lead 15 and the positive terminal lead 17 have a structure in which a resin layer 19 is bonded, and the resin layer 19 includes an active material layer opposite to the terminal leads 15 and 17. Polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene are used.
[0025]
In the present invention, the thickness t of the resin layer 19 is 20 μm to 50 μm, and the width w is 1 to 2 mm beyond the width of the terminal leads 15 and 17. Further, the length l of the resin layer 19 in the terminal lead drawing direction is set to 2 to 5 mm inside the electrode current collector to the heat-welded layer of the exterior member 13, so that a lithium ion secondary battery with very few internal short circuits is obtained. ing.
[0026]
Examples of the polymer material used for the polymer solid electrolyte include silicon gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyphosphazene modified polymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and composite polymers, cross-linked polymers, modified polymers, and the like, or fluorine-based polymers. For example, poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly (vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene), poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) and the like Various mixtures of these can be used, but are not limited thereto.
[0027]
For the solid electrolyte or gel electrolyte laminated on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, a solution composed of a polymer compound, an electrolyte salt, and a solvent (or a plasticizer in the case of a gel electrolyte) is used as the positive electrode active material. A layer or a negative electrode active material layer is impregnated, and the solvent is removed and solidified. Part of the solid electrolyte or gel electrolyte laminated on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer is impregnated into the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer to be solidified. In the case of a crosslinking system, it is then solidified by crosslinking with light or heat.
[0028]
The gel electrolyte is composed of a plasticizer containing a lithium salt and a matrix polymer of 2 wt% to 30 wt%. Esters, ethers, carbonates and the like were used alone or as a component of a plasticizer.
[0029]
In preparing the gel electrolyte, various polymers used to form the gel electrolyte can be used as the matrix polymer for gelling such carbonates. From the viewpoint of redox stability, For example, it is desirable to use fluorine-based polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
[0030]
The polymer solid electrolyte is composed of a lithium salt and a polymer compound that dissolves the lithium salt. The polymer compound is an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a crosslinked product thereof, poly (methacrylate) ester, acrylate, Fluorine polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) can be used singly or in combination. For example, poly (vinylidene fluoro) is used from the viewpoint of redox stability. Ride) and polyfluorinated polymers such as poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) are desirable.
[0031]
As a lithium salt to be contained in such a gel electrolyte or a polymer solid electrolyte, a lithium salt used in a normal battery electrolyte can be used, and examples of the lithiated inclusion (salt) include the following. However, it is not limited to these.
[0032]
For example, lithium chloride lithium bromide, lithium iodide, lithium chlorate, lithium perchlorate, lithium bromate, lithium iodate, lithium nitrate, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium acetate, bis (trifluoromethane (Sulphonyl) imidolithium, LiAsF6, LiCF3S03, LiC (SO2CF3) 3, LiAlCl4, LiSiF6.
[0033]
These lithium compounds may be used alone or in combination, but LiPF6 and LiBF4 are desirable from the viewpoint of oxidation stability.
If it is gel electrolyte as a density | concentration which melt | dissolves lithium salt, it can implement at 0.1-3.0 mol in a plasticizer, Preferably it can use at 0.5-2.0 mol / liter.
[0034]
The nonaqueous electrolyte battery 1 according to the present invention can be configured in the same manner as a conventional lithium ion battery except that a gel electrolyte or a solid electrolyte containing a carbonate ester as described above is used.
That is, as a negative electrode material in the case of constituting a lithium ion battery, a material capable of doping and dedoping lithium can be used. A constituent material of the negative electrode 5 such as a non-graphitizable carbon material or a carbon material such as a graphite material can be used. For shells, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, knee coke, petroleum coke), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies (phenolic resin, furan resin, etc.) are suitable. Carbon materials that are calcined at a temperature and carbonized), carbon fibers, activated carbon, and the like can be used.
[0035]
In addition, as a material capable of doping and dedoping lithium, a polymer such as polyacetylene or polypyrrole or an oxide such as SnO 2 can be used. When forming the negative electrode 5 from such a material, a well-known binder etc. can be added.
[0036]
The positive electrode 3 can be configured using a metal oxide, a metal sulfide, or a specific polymer as the positive electrode active material, depending on the type of the target battery. For example, when constituting a lithium ion battery, as the positive electrode active material, TiS2, MoS2, NbSe2, V205 and other metal sulfides or oxides not containing lithium, LixMO2 (wherein M represents one or more transition metals, x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually 0.05 or more and 1.10 or less.
[0037]
As the transition metal M constituting this lithium composite oxide, Co, Ni, Mn and the like are preferable. Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCol-yO2 (where 0 <y <1), LiMn2O4, and the like. These lithium composite oxides can generate a high voltage and become a positive electrode active material excellent in energy density. A plurality of these positive electrode active materials may be used in combination for the positive electrode 3. Moreover, when forming the positive electrode 3 using the positive electrode active material as described above, a known conductive agent, binder or the like can be added.
[0038]
In the nonaqueous electrolyte battery 1 configured as described above, a wound layer body 11 composed of a positive electrode 3 and a negative electrode 5 is accommodated in an exterior material 13 made of a laminate film, and resin is applied to the positive electrode and negative electrode terminal leads 15 and 17. Layer 19 is adhered. Accordingly, the terminal leads 15 and 17 that have been exposed to the inside of the exterior member 13 and easily prone to short-circuiting are insulated from the counter electrodes. Thereby, the non-aqueous electrolyte battery 1 having a low probability of occurrence of an internal short circuit due to an external impact and having excellent impact resistance can be obtained.
[0039]
【Example】
Next, a non-aqueous electrolyte battery having the same structure as that of the above-described embodiment is manufactured as an example, and a result of comparing the performance with a comparative example having a conventional structure will be described.
〔Example〕
The negative electrode was produced as follows. A negative electrode mixture was prepared by mixing 90 parts by weight of the pulverized graphite powder and 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a binder, and further adding this to N-methyl-2- Dispersed in pyrrolidone to form a slurry. And this slurry was uniformly apply | coated to both surfaces of the 10-micrometer-thick strip | belt-shaped copper foil which is a negative electrode electrical power collector, after drying, it compression-molded with the roll press machine, and produced the negative electrode original fabric.
[0040]
This negative electrode original fabric was cut into 51 mm, and nickel having a polypropylene resin layer bonded thereto was welded as a negative electrode terminal lead to a portion where the negative electrode active material layer was not formed on the negative electrode current collector to prepare a negative electrode.
[0041]
The positive electrode was produced as follows. In order to obtain a positive electrode active material (LiCoO 2), lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed at a ratio of 0.5 mol to 1 mol and fired at 900 ° C. for 5 hours in air. Next, 91 parts by weight of LiCoO 2 obtained, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Further, this was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. And this slurry was apply | coated uniformly on both surfaces of the 20-micrometer-thick strip | belt-shaped aluminum foil which is a positive electrode electrical power collector, and after drying, it compression-molded with the roll press machine, and produced the positive electrode original fabric.
[0042]
This positive electrode raw material was cut into 49 mm, and aluminum having a polypropylene resin layer adhered thereto was welded as a positive electrode terminal lead to a portion where the negative electrode active material layer was not formed on the negative electrode current collector, thereby preparing a positive electrode.
[0043]
A gel electrolyte was obtained as follows. On the negative electrode and positive electrode, 42.5 parts by weight of ethylene carbonate (EC), 42.5 parts by weight of propylene carbonate (PC), 30 parts by weight of plasticizer consisting of 15 parts by weight of LiPF, and Mw; 600,000 poly (vinylidene) Fluoride-co-hexafluoropropylene) 10 parts by weight and 60 parts by weight of diethyl carbonate mixed and dissolved uniformly, impregnated and left at room temperature for 8 hours to vaporize and remove dimethyl carbonate to form a gel An electrolyte was obtained.
[0044]
As the separator, a polyethylene film having a thickness of 9 μm and a width of 53 mm was used. Next, a laminate in which a negative electrode and a positive electrode coated with a gel electrolyte were wound through a separator was pressure-bonded to prepare a wound layer body.
[0045]
The wound layer body was inserted into an encapsulated body made of a laminate film, and heat-sealed with a sealing machine at a seal width of 5 mm under a condition of 200 ° C. for 10 seconds while reducing the pressure to produce a flat gel electrolyte battery.
[0046]
When charging / discharging was performed on the flat gel electrolyte battery produced as described above, a discharge capacity of 600 mAh was obtained, and good charge / discharge was shown.
[0047]
[Comparative Example]
A flat gel electrolyte battery in the same manner as in the examples except that when the positive electrode and negative electrode terminal lead were welded to the positive electrode and negative electrode current collector, the positive electrode and negative electrode terminal lead were not provided with a polypropylene resin layer. Was made.
[0048]
[Evaluation]
About the flat type gel electrolyte battery of an Example and a comparative example, after initial charge at 5 hours rate (1 / 5C) of theoretical capacity, a load of 100 kg was applied on the flat type plane in a fully charged state (4.2 V). Then, OCV (Open Circuit Voltage) measurement was performed, and a voltage of 4.1 V or higher was determined to be a non-defective product, and a voltage of less than 4.1 V was determined to be a defective product. Table 1 shows the ratio of non-defective products out of the total number of batteries. The closer the non-defective rate is to 100%, the more the internal short circuit of the battery is suppressed.
[0049]
[Table 1]

[0050]
As is clear from the above results, in the embodiment having the resin layer on the terminal lead, the internal short circuit of the electrode opposite to the terminal lead can be suppressed almost completely. On the other hand, it was found that when the resin layer is not applied to the terminal lead as in the comparative example, the electrode opposite to the terminal lead tends to break through the separator and easily cause an internal short circuit.
[0051]
【The invention's effect】
As explained in detail above, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention has a container made of a laminate film containing an electrode element made of a positive electrode and a negative electrode, and a resin layer is bonded to the positive electrode and the negative electrode terminal lead. Conventionally, the terminal lead that has been exposed to the inside of the container and thus easily short-circuited is reliably insulated from the opposite electrode, and an internal short-circuit does not occur even from an external impact. As a result, a high-quality nonaqueous electrolyte battery excellent in impact resistance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery element of a nonaqueous electrolyte battery according to the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of a nonaqueous electrolyte battery in which a battery element is housed.
3 is a plan view in which a portion of the nonaqueous electrolyte battery of FIG. 2 is cut away. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nonaqueous electrolyte battery, 3 ... Positive electrode, 5 ... Negative electrode, 9 ... Separator, 11 ... Winding layer body (battery element), 13 ... Exterior material (container), 15 ... Negative electrode terminal lead, 17 ... Positive electrode terminal lead, 19 ... resin layer

Claims

Has a container made of a laminate film, the interior of the container, the wound body or Ranaru battery element is wound longitudinally with positive and negative electrodes are layered with a separator been accommodated,
The negative terminal lead to be bonded to the positive electrode terminal lead and the negative electrode to be joined to the positive electrode is drawn out from the inner periphery of the wound body, in the non-aqueous electrolyte batteries which is derived from the previous SL container,
Polypropylene resins layer is adhered to at least front Symbol you located in the region of the heat seal layer of the laminate film wherein the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead, the electrode of the counter electrode is the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead A nonaqueous electrolyte battery characterized by being insulated.

The thickness of the resin layer, a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that at 20μm or 50μm or less.

Width, non-aqueous electrolyte battery according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that protrude from the terminal lead 1mm or 2mm or less of the resin layer.

The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the nonaqueous electrolyte is a solid electrolyte obtained by dispersing an electrolyte salt in a matrix polymer.

Wherein the solid electrolyte contains a swelling solvent, the non-aqueous electrolyte battery according to claim 4 Symbol mounting, characterized in that a gel.

The resin layer is a non-water according to any one of claims 1-5, characterized in that it is formed enters 2mm or 5mm or less from the edge of the wound body that make up the battery element Electrolyte battery.