JP4631234B2 - Cylindrical lithium-ion battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型リチウムイオン電池に関し、特に、所定圧で内圧を開放する内圧開放機構を有する電池容器内に、正極活物質を含む正極活物質層と正極集電体を有する帯状の正極と、負極活物質に炭素材を用いた負極活物質層と負極集電体を有する帯状の負極とをセパレータを介して軸芯を中心に30回以上捲回した電極捲回群を備え、前記軸芯の両端が正極集電部材及び負極集電部材に支持又は固定され電解液に浸潤された円筒型リチウムイオン電池であって、実質放電容量が7Ah以上の円筒型リチウムイオン電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度であるメリットを活かして、主にVTRカメラやノートパソコン、携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。この電池の内部構造は、通常以下に示されるような捲回式とされている。電極は、正極及び負極共に活物質が金属箔に塗着された帯状であり、セパレータを挟んでこれら両電極が直接接触しないように軸芯を中心にして断面が渦巻状に捲回され、捲回群を形成している。この捲回群が円筒状の電池缶に収納され、電解液注液後、封口されている。電池缶内では、捲回群は軸芯に支持又は固定されている。一般的な円筒型リチウムイオン二次電池の外形寸法は直径18mm、高さ65mmであり、18650型と呼ばれ、小型民生用リチウムイオン電池として広く普及している。
【0003】
一方、自動車産業界においては環境問題に対応すべく、排出ガスのない、動力源を完全に電池のみとした電気自動車の開発や内燃機関エンジンと電池との両方を動力源とするハイブリッド(電気)自動車の開発が加速され、一部実用段階に到達している。電気自動車の電源となる二次電池には当然高出力、高エネルギーが得られる特性が要求され、この要求を満足する二次電池としてリチウムイオン電池が注目されている。
【0004】
しかしながら、高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池とはいえ、電気自動車に使用する場合の大電流放電、大電流充電に耐え得るためには、電極構造のみならず、電極から電池端子への集電構造にも工夫が必要となる。例えば、特開平第8−115744号公報、特開平第9−55213号公報、特開平第9−92238号公報、特開平第9−92241号公報、特開平第9−92335号公報には、電極の集電体である金属箔を活物質層から延出させ、そのまま、又は短冊状に加工して集電リング等の接続部に溶接等により接続して、一旦接続部を介して電池端子へと導くリード接続方式を採用し、大電流放電、大電流充電時の電圧降下(iRドロップ)を低減させる技術が提案されている。これらの公報にも開示されているように、大電流放電、大電流充電時の電圧降下を低減させるためには、円筒型リチウムイオン電池内にリード接続部を収納するためのスペースが必要となる。
【0005】
ところで、電池を電気自動車に搭載するにあたっては、電気自動車ユーザーの多様な要望に応えるために、車体設計、特に電池のパッケージングに自由度を持たせることが好ましい。そのためには、搭載電池の占める空間体積を最小にする必要があり、その最も有効な手段は電池の体積あたりのエネルギー密度(Wh/dm3)を最大にすることである、といわれている。すなわち、電気自動車に搭載される電池は、通常複数の単電池が並列、直列に接続されてモジュールを形成しているが、単電池の体積あたりのエネルギー密度を大きくすることが、モジュールサイズの低減には効果的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、体積エネルギー密度を大きくしても、電池の長さに対する直径の比(直径/長さ)によっては、電極捲回群の軸芯への保持力が低下するので、電気自動車に搭載した場合に加わる振動により電池内部の捲回群の移動が起こり、電極と接続部材とを電気的につなげるリードが切断する。また、概ね7Ah以上の容量を有する電池においては、過充電状態等の電池異常時に、大電流充電又は大電流放電状態が維持され、非水電解液と活物質との化学反応により電池容器内で急激かつ大量のガスが発生し、電池容器の内圧を上昇させる。一般に、リチウム二次電池では、この内圧上昇を防止するために、電池容器に所定圧で内圧を開放する内圧開放機構を有しているが、電池の直径/長さの比によって過充電時の電池挙動が異なり、内圧が上昇するので、安全性が低下する。
【0007】
本発明は上記事案に鑑み、耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、所定圧で内圧を開放する内圧開放機構を有する電池容器内に、正極活物質を含む正極活物質層と正極集電体を有する帯状の正極と、負極活物質に炭素材を用いた負極活物質層と負極集電体を有する帯状の負極とをセパレータを介して軸芯を中心に30回以上捲回した電極捲回群を備え、前記軸芯の両端が正極集電部材及び負極集電部材に支持又は固定され電解液に浸潤された円筒型リチウムイオン電池であって、実質放電容量が7Ah以上の円筒型リチウムイオン電池において、前記電池容器の直径をD(mm)とし、長さをL(mm)としたとき、前記長さLに対する直径Dの比D/Lを0.4乃至0.6としたものである。
【0009】
本発明では、大きな体積エネルギー密度を確保するために正負両極がセパレータを介して軸芯を中心に30回以上捲回された電極捲回群を有している。電池缶内では、電極捲回群は軸芯に支持された状態となる。電極捲回群の長さに対して電極捲回群の直径が大きいと、電池に振動が加わったときに軸芯が電極捲回群を支持しきれなくなり電極捲回群が捲回位置から移動するので、電極と接続部材との電気的接続部が切断され電池の機能を損なう。また、逆に電極捲回群の直径に対して長さが大きいと、電池異常時に電池容器内で発生する急激かつ大量のガスが電池内を移動し、内圧開放機構を通じて電池外に開放されるまでに長時間を要するので、電池の内圧が上昇して安全性が低下する。本発明によれば、電池容器の直径をD(mm)とし、長さをL(mm)としたとき、長さLに対する直径Dの比D/Lを0.4乃至0.6とすることで、電極捲回群を確実に支持して電極捲回群の移動を防止することができると共に、過充電時に発生したガスを速やかに電池外に開放することができるので、耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を実現することができる。
【0010】
この場合において、正極活物質をリチウムマンガン複酸化物とすれば、電池異常時の電解液との反応が穏やかなためガスの発生を低減することができるので、安全性を高めることができる。また、電池の長手方向両端部に内圧開放機構を配設すれば、電池異常時に電池内で発生したガスを電池の両端部から電池外に開放することができるので、安全性を高めることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、図面を参照して本発明を適用した円筒型リチウムイオン電池の第1の実施の形態について説明する。
【0012】
<正極及び負極の作製>
図1に示すように、本実施形態に係る円筒型リチウムイオン電池20は、正極集電体W1の両面に正極活物質層W2が形成された帯状の正極と、負極集電体W3の両面に負極活物質層W4が形成された帯状の負極とが帯状のセパレータW5を介して巻き芯(軸芯)17を中心に断面渦巻状に捲回された捲回群(電極捲回群)Wを備えている。
【0013】
正極集電体W1は厚さ20μmのアルミニウム箔である。正極活物質層W2は、正極活物質としてのリチウムコバルト複酸化物であるコバルト酸リチウム又はリチウムマンガン複酸化物であるマンガン酸リチウムと、導電助剤のグラファイト及びアセチレンブラック(電気化学工業(株)製、商品名デンカブラック)と、バインダー(結着剤)のポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、電解液と、を構成物質としている。負極集電体W3は厚さ10μmの銅箔である。負極活物質層W4は、リチウムイオンを電極反応種とし充電、放電に伴いリチウムイオンを吸蔵、放出する負極活物質の非晶質炭素又は黒鉛炭素と、導電材の気相成長炭素繊維(昭和電工(株)製、商品名VGCF)(以下、CFと略記する。)と、バインダーのPVDFと、電解液と、を構成物質としている。
【0014】
正極活物質層W2を作製するには、マンガン酸リチウム(平均粒径約10〜20μm)又はコバルト酸リチウム(平均粒径約10〜20μm)と、グラファイト(平均粒径約5μm)及びアセチレンブラックと、PVDFとを85:8:2:5の質量比で混合し、そこへ分散溶媒となるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量加え、十分に混練、分散させ、スラリー状にする。この混練物をロールからロールへの転写(ロール・ツー・ロール転写)で正極集電体W1の両面が実質上均等かつ同じ厚さに塗着し、乾燥させた後、プレスにより正極厚さTPが正極集電体を含めて231±2μm又は103±2μmとなるまで圧縮し、正極活物質層W2を得る。正極活物質層W2の密度は2.65g/cm3である。ただし、この段階では電解液を含んではいない。正極活物質層W2を作製した後、後述する所定の幅WP、所定の長さLPに裁断して帯状の正極を得た。
【0015】
一方、負極活物質層W4を作製するには、平均粒径5〜20μmの非晶質炭素(呉羽化学工業(株)製、商品名カーボトロン)又はメソフェーズ系球状黒鉛(川崎製鉄(株)製、商品名KMFC)と、CFと、PVDFとを87.6:4.8:7.6の質量比で混合し、そこへ分散溶媒となるNMPを適量加え、十分に混練、分散させ、スラリー状にする。この混練物をロール・ツー・ロール転写で負極集電体W3の両面が実質上均等かつ同じ厚さに塗着し、乾燥させた後、プレスにより負極厚さTNが負極集電体を含めて73〜201±2μmとなるまで圧縮し、負極活物質層W4を得る。負極活物質層W4の密度は0.98g/cm3又は1.4g/cm3である。この密度は、負極活物質層W4中の空隙率(負極活物質層W4全体に対する電解液が充填される空孔の割合)が約35%となるように決定した。ただし、この段階では電解液を含んではいない。負極活物質層W4を作製した後、後述する所定の幅WN、所定の長さLNに裁断して帯状の負極を得た。なお、幅WNは、正負極を捲回したときに正極活物質層W2が負極活物質層W4からはみ出さないように、幅WPに対して6mm大きくし、かつ、長さLNは長さLPに対して18cm大きくした。また、負極がセパレータからはみ出すことがないように、セパレータの幅は幅WNに対して6mm大きくした。
【0016】
<電池の作製>
直径DSの巻き芯17の周囲に、正極、負極の間に厚さTSが40μmの微多孔性のポリエチレン製セパレータW5を介して捲回数NWで捲回して直径DWの捲回群Wを得た。捲回群Wの両端に正極集電リング10、負極集電リング11を配置し、各集電リング周縁にはそれぞれ正極集電体W1、負極集電体W3を溶接した。正極集電リング10、負極集電リング11はそれぞれ正極集電リング支え8、負極集電リング支え9を介して巻き芯17の端部に固定してある。この集電リング付き捲回群Wを、負極集電リング11側が缶底側になるように電池缶(電池容器)16に挿入し、そして負極集電リング11に予め溶接させておいた負極リード板14を電池缶16に溶接する。その際、負極集電リング11と電池缶16との間に、捲回群Wを固定するために負極集電リングスペーサ7を配置する。また、正極集電リング10上面には、正極リード板B13の一端を予め溶接し他端を自由端としておく。
【0017】
一方、上蓋キャップ1、上蓋ケース2、安全弁3、弁押さえ4、で構成された上蓋を別途作製し、上蓋ケース2には、正極リード板A12の一端を溶接によって取り付け他端を自由端としておく。
【0018】
正極集電リング10の周縁上部に捲回群Wを固定するための正極集電リングスペーサ6を配置する。正極リード板A12及び正極リード板B13の自由端同士を溶接し、上蓋と集電リング付き捲回群Wとを接続する。この状態で電解液0.180dm3を電池缶16内に注入する。その後、絶縁性のガスケット5を介して上蓋を電池缶16上部に配置し、かしめることによって、定格容量27Ah又は7Ahの円筒型リチウムイオン電池20を組み立てた。なお、電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比30:50:20で混合した混合溶媒に、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル濃度で溶解したものを用いた。また、図1中参照番号15は正極側と負極側とを絶縁する絶縁フィルムである。
【0019】
円筒型リチウムイオン電池20の上蓋には、電池の内圧上昇に応じて開裂する内圧開放機構としての安全弁3が配設されており、安全弁3の開裂圧は約9×105Paに設定されている。また、電池缶16の底部にも開放弁が配設されている。図2に示すように、開放弁25は、電池缶16の底部に形成された2個の円弧状溝25aと、円弧状溝25aの両端部及び略中央部に底部の中心から外周に向かって放射状に形成された放射状溝25bとで構成されている。
【0020】
図1に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン電池20は、電池缶16の平均外径をD(以下、直径Dという。)(単位;mm)、長さをL(以下、長さLという。)(単位;mm)としたとき、長さLに対する直径Dの比D/Lを後述する所定の範囲とした。また、正極側、負極側共に捲回群Wと各極端子とを接続する接続部材が設けられている。この接続のために必要なスペースの大きさは、捲回群Wの上端から正極端子上面までの長さをA(mm)とし、捲回群Wの下端から電池底面までの長さをB(mm)としたとき、A、Bあわせて35mmに設定されている(図1のA+B=35mm)。電池の長さLから35mmを減じた長さが捲回群Wの長さ、すなわちセパレータW5の幅に相当する。なお、電池缶16の厚さは0.5mmであり、また、捲回群Wを電池缶16内に収容しやすくするため、電解液注入前の捲回群Wの直径は電池缶16の内径より小さく設定し、捲回群Wと電池缶16との間に両側あわせて捲回群Wの直径の3%に相当する隙間を形成した。
【0021】
(第2実施形態)
次に、本発明を適用した円筒形リチウムイオン電池の第2の実施の形態について説明する。
【0022】
<正極及び負極の作製>
本実施形態では、正極集電体W1の材質及び厚さ、正極活物質層W2の構成物質及び作製方法、負極集電体W3の材質及び厚さ、負極活物質層W4の構成物質及び作製方法、並びにセパレータW5の材質及び厚さは第1実施形態と同様にした。但し、正負両極共に活物質を集電体に塗布するときに集電体長寸方向の一方の側縁に幅50mmの未塗布部を残して正負両極を作製し、この未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片109とした。隣り合うリード片109は50mm間隔とし、リード片109の幅は10mmとした。
【0023】
<電池の作製>
図3に示すように、本実施形態に係る円筒形リチウムイオン電池120は、第1実施形態と同様、正極集電体W1の両面に正極活物質層W2が形成された帯状の正極と、負極集電体W3の両面に負極活物質層W4が形成された帯状の負極とを、これらが直接接触しないように帯状のセパレータW5を挟んで断面渦巻状に捲回された捲回群W’を備えている。捲回群W’は、正極のリード片109と負極のリード片109とが、それぞれ捲回群W’の互いに反対側の両端面に位置するように捲回されている。
【0024】
正極から導出されているリード片109を変形させ、その全てを、捲回群W’の軸芯117のほぼ延長線上にある極柱(正極外部端子101)周囲から一体に張り出している鍔部107周面付近に集合、接触させる。リード片109と鍔部107周面とを超音波溶接してリード片109を鍔部107周面に接続し固定する。
【0025】
負極外部端子101’と負極から導出されているリード片109との接続操作も、上述した正極外部端子101と正極から導出されているリード片109との接続操作と同様に行う。
【0026】
その後、正極外部端子101及び負極外部端子101’の鍔部107周面全周に絶縁被覆108を施す。この絶縁被覆108は、捲回群W’外周面全周にも及ぼす。絶縁被覆108には、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着剤を塗布した粘着テープを用いた。この粘着テープを鍔部107周面から捲回群W’外周面に亘って何重にも巻いて絶縁被覆108とする。捲回群W’の最大径部が絶縁被覆108存在部となるように巻き数を調整し、該最大径をステンレス製の電池容器116内径よりも僅かに小さくして捲回群W’を電池容器116内に挿入する。電池容器116の厚さは0.5mmであり、捲回群W’と電池容器116との間の隙間は両側あわせて捲回群W’の直径の3%に相当する。
【0027】
次に、アルミナ製で電池蓋104裏面と当接する部分の厚さ2mm、内径16mm、外径25mmの第2のセラミックワッシャ103’を、図3に示すように先端が正極外部端子101を構成する極柱、先端が負極外部端子101’を構成する極柱にそれぞれ嵌め込む。また、第1のセラミックワッシャ103を電池蓋104に載置し、正極外部端子101、負極外部端子101’をそれぞれ第1のセラミックワッシャ103に通す。その後円盤状電池蓋104周端面を電池容器116の開口部に嵌合し、双方の接触部全域をレーザ溶接する。このとき正極外部端子101、負極外部端子101’は、電池蓋104の中心にある穴を貫通して電池蓋104外部に突出している。そして図3に示すように、アルミナ製で厚さ2mm、内径16mm、外径28mmの平状の第1のセラミックワッシャ103、ナット102底面よりも平滑な金属ワッシャ111を、この順に正極外部端子101、負極外部端子101’にそれぞれ嵌め込む。電池蓋104には、正極側、負極側共に、電池の内圧上昇に応じて開裂する開裂弁110が配設されている。なお、開裂弁110の開裂圧は1.3〜1.8MPaに設定した。
【0028】
次に、金属製のナット102を正極外部端子101、負極外部端子101’にそれぞれ螺着し、第2のセラミックワッシャ103’、第1のセラミックワッシャ103、金属ワッシャ111を介して電池蓋104を鍔部107とナット102間で締め付けて固定する。このときの締め付けトルク値は70kgf・cm(6.86N・m)とした。なお、締め付け作業が終了するまで金属ワッシャ111は回転しなかった。この状態では、電池蓋104裏面と鍔部107の間に介在させたゴム(EPDM)製Oリング112の圧縮により電池容器116内部の発電要素は外気から遮断されている。
【0029】
その後、電池蓋104に配設された注液口113から電解液を所定量電池容器116内に注入し、その後注液口113を封止することにより円筒形リチウムイオン電池120を完成させた。なお、円筒形リチウムイオン電池120は、電池容器116の内圧の上昇に応じて電流を遮断する電流遮断機構は有していない。また、電解液には、ECとDMCとDECの体積比1:1:1の混合溶媒中へ6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットル溶解したものを用いた。
【0030】
図3に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン電池120は、電池容器116の平均外径をD(以下、直径Dという。)(単位;mm)、正極側電池蓋の外表面から負極側電池蓋の外表面までの長さをL(以下、長さLという。)(単位;mm)としたとき、長さLに対する直径Dの比D/Lを後述する所定の範囲とした。また、正極側、負極側共に捲回群W‘と各極端子とを接続する接続部材が設けられている。この接続のために必要なスペースの大きさは、捲回群W’の正極側端部から正極側電池蓋104の表面までの長さをA(mm)とし、捲回群W’の負極側端部から負極側電池蓋104の表面までの長さをB(mm)としたとき、A、Bあわせて35mmに設定されている(図3のA+B=35mm)。電池の長さLから35mmを減じた長さが捲回群W’の長さ、すなわちセパレータの幅に相当する。
【0031】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した円筒形リチウムイオン電池20、120の実施例の詳細について説明する。また、本実施例の効果が明確となるように同時に作製した比較例の電池についても併記する。
【0032】
(実施例1)
下表1に示すように、実施例1では、第1実施形態に従い、次の正極、負極を組み合わせた円筒型リチウム二次電池20を作製した。正極は、正極活物質に平均粒径約10μmのコバルト酸リチウム(日本化学工業(株)製、商品名セルシード)を用い、幅WPを106mm、長さLPを450cm、集電体を含めた厚さTPを231μmとした。負極は、負極活物質に平均粒径約20μmの非晶質炭素(呉羽化学工業(株)製、商品名カーボトロン)を用い、幅WNを112mm、長さLNを468cm、集電体を含めた厚さTNを201μmとした。巻き芯はポリプロピレン製で直径DSが13mmのものを用いた。捲回数NWは約42回とし、捲回群の直径DWは56.8mmであった。電池缶は、直径Dが61.2mm、長さLが153mmであり、比D/Lは0.4であった。電池缶の厚さは0.5mmのため、電池缶の内径DIは60.2mmであった。従って、捲回群と電池缶との隙間は1.7mmであり、この隙間は捲回群の直径DWの約3%に相当する。また、実施例1で用いた電池は底部に開放弁を有していない。なお、表1において、正極の活物質については、Coはコバルト酸リチウムを、Mnはマンガン酸リチウムを、それぞれ示し、負極の活物質については、ACは非晶質炭素を、Gは黒鉛を、それぞれ示す。
【0033】
(実施例1−2)
下表1に示すように、実施例1−2では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は実施例1と同様にした。
【0034】
(実施例2)
下表1に示すように、実施例2では、第1実施形態に従い、幅WPを87mm、長さLPを550cm、幅WNを93mm、長さLNを568cm、捲回数NWを約47回、捲回群直径DWを62.3mm、電池缶の直径Dを67.0mm、電池缶の長さLを134mmとする以外は実施例1と同様にした。比D/Lは0.5であった。電池缶の内径DIは66.0mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.85mmであった。
【0035】
(実施例3)
下表1に示すように、実施例3では、第1実施形態に従い、幅WPを74mm、長さLPを654cm、幅WNを80mm、長さLNを672cm、捲回数NWを約52回、捲回群直径DWを67.5mm、電池缶の直径Dを72.6mm、電池缶の長さLを121mmとする以外は実施例1と同様にした。比D/Lは0.6であった。電池缶の内径DIは71.6mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.05mmであった。
【0036】
【表1】
【0037】
(実施例4)
表1に示すように、実施例4では、第1実施形態に従い、正極活物質に平均粒径約15μmのマンガン酸リチウムを用い、幅WPを112mm、長さLPを541cmとし、負極活物質に平均粒径約15μmのメソフェーズ系球状黒鉛(川崎製鉄(株)製、商品名KMFC)を用い、幅WNを118mm、長さLNを559cm、集電体を含めた厚さTNを154μmとし、捲回数NWを約48回、捲回群直径DWを59.0mm、電池缶の直径Dを63.6mm、長さLを159mmとする以外は実施例1と同様にした。比D/Lは0.4であった。電池缶の内径DIは62.6mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.8mmであった。
【0038】
(実施例4−2)
表1に示すように、実施例4−2では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は実施例4と同様にした。
【0039】
(実施例5)
表1に示すように、実施例5では、第1実施形態に従い、幅WPを92mm、長さLPを658cm、幅WNを98mm、長さLNを676cm、捲回数NWを約54回、捲回群直径DWを64.7mm、電池缶の直径Dを69.5mm、電池缶の長さLを139mmとする以外は実施例4と同様にした。比D/Lは0.5であった。電池缶の内径DIは68.5mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.9mmであった。
【0040】
(実施例6)
表1に示すように、実施例6では、第1実施形態に従い、幅WPを78mm、長さLPを775cm、幅WNを84mm、長さLNを793cm、捲回数NWを約60回、捲回群直径DWを69.8mm、電池缶の直径Dを75.0mm、電池缶の長さLを125mmとする以外は実施例4と同様にした。比D/Lは0.6であった。電池缶の内径DIは74.0mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.1mmであった。
【0041】
(実施例7)
表1に示すように、実施例7では、第1実施形態に従い、幅WPを115.5mm、長さLPを583cmとし、負極活物質に平均粒径約20μmの非晶質炭素を用い、幅WNを121.5mm、長さLNを601cm、集電体を含めた厚さTNを142μmとし、捲回数NWを約51回、捲回群直径DWを60.4mm、電池缶の直径Dを65.0mm、長さLを162.5mmとする以外は実施例4と同様にした。比D/Lは0.4であった。電池缶の内径DIは64.0mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.8mmであった。
【0042】
(実施例7−2)
表1に示すように、実施例7−2では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は実施例7と同様にした。
【0043】
(実施例8)
表1に示すように、実施例8では、第1実施形態に従い、幅WPを95mm、長さLPを708cm、幅WNを101mm、長さLNを726cm、捲回数NWを約57回、捲回群直径DWを66.1mm、電池缶の直径Dを71.0mm、電池缶の長さLを142mmとする以外は実施例7と同様にした。比D/Lは0.5であった。電池缶の内径DIは70.0mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.95mmであった。
【0044】
(実施例9)
表1に示すように、実施例9では、第1実施形態に従い、幅WPを81mm、長さLPを837cm、幅WNを87mm、長さLNを855cm、捲回数NWを約63回、捲回群直径DWを71.5mm、電池缶直の径Dを76.8mm、電池缶の長さLを128mmとする以外は実施例7と同様にした。比D/Lは0.6であった。電池缶の内径DIは75.8mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.15mmであった。
【0045】
(実施例10)
表1に示すように、実施例10では、第1実施形態に従い、幅WPを77.5mm、長さLPを598cm、集電体を含めた厚さTPを103μmとし、負極活物質に平均粒径約5μmの非晶質炭素を用い、幅WNを83.5mm、長さLNを616cm、集電体を含めた厚さTNを73μmとし、軸芯の直径DSは10mmのものを用い、捲回数NWを約70回、捲回群直径DWを46.0mm、電池缶の直径Dを49.8mm、長さLを124.5mmとする以外は実施例4と同様にした。比D/Lは0.4であった。電池缶の内径DIは48.8mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.4mmであった。
【0046】
(実施例10−2)
表1に示すように、実施例10−2では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は実施例10と同様にした。
【0047】
(実施例11)
表1に示すように、実施例11では、第1実施形態に従い、幅WPを62.5mm、長さLPを736cm、幅WNを68.5mm、長さLNを754cm、捲回数NWを約79回、捲回群直径DWを50.7mm、電池缶の直径Dを54.7mm、電池缶の長さLを109.5mmとする以外は実施例10と同様にした。比D/Lは0.5であった。電池缶の内径DIは53.7mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.5mmであった。
【0048】
(実施例12)
表1に示すように、実施例12では、第1実施形態に従い、幅WPを52mm、長さLPを880cm、幅WNを58mm、長さLNを898cm、捲回数NWを約88回、捲回群直径DWを55.1mm、電池缶の直径Dを59.4mm、電池缶の長さLを99mmとする以外は実施例10と同様にした。比D/Lは0.6であった。電池缶の内径DIは58.4mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.65mmであった。
【0049】
(実施例13)
表1に示すように、実施例13では、第2実施形態に従い、次の正極、負極を組み合わせた円筒型リチウム二次電池120を作製した。正極は、正極活物質に平均粒径約15μmのマンガン酸リチウムを用い、幅WPを112mm、長さLPを541cmとし、集電体を含めた厚さTPを231μmとした。負極は、負極活物質に平均粒径約15μmのメソフェーズ系球状黒鉛を用い、幅WNを118mm、長さLNを559cm、集電体を含めた厚さTNを154μmとした。軸芯はポリプロピレン製で直径DSが13mmのものを用いた。捲回数NWを約48回、捲回群直径DWを59.0mm、電池缶の直径Dを63.6mm、長さLを159mmとした。比D/Lは0.4であった。電池缶の厚さは0.5mmのため、電池缶の内径DIは62.6mmであった。従って、捲回群と電池缶との隙間は1.8mmであり、この隙間は捲回群の直径DWの約3%に相当する。
また、実施例13の電池では電池容器の両端に開放弁を有している。
【0050】
(実施例14)
表1に示すように、実施例14では、第2実施形態に従い、幅WPを92mm、長さLPを658cm、幅WNを98mm、長さLNを676cm、捲回数NWを約54回、捲回群直径DWを64.7mm、電池缶の直径Dを69.5mm、長さLを139mmとする以外は実施例13と同様にした。比D/Lは0.5であった。電池缶の内径DIは68.5mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.9mmであった。
【0051】
(実施例15)
表1に示すように、実施例15では、第2実施形態に従い、幅WPを78mm、長さLPを775cm、幅WNを84mm、長さLNを793cm、捲回数NWを約60回、捲回群直径DWを69.8mm、電池缶の直径Dを75.0mm、長さLを125mmとする以外は実施例13と同様にした。比D/Lは0.6であった。電池缶の内径DIは74.0mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.1mmであった。
【0052】
(比較例1)
下表2に示すように、比較例1では、第1実施形態に従い、幅WPを119mm、長さLPを400cm、幅WNを125mm、長さLNを418cm、捲回数NWを約39回、捲回群直径DWを53.9mm、電池缶の直径Dを58.1mm、電池缶の長さLを166mmとする以外は実施例1と同様にした。比D/Lは0.35であった。電池缶の内径DIは57.1mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.6mmであった。
【0053】
(比較例2)
下表2に示すように、比較例2では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は比較例1と同様にした。
【0054】
(比較例3)
下表2に示すように、比較例3では、第1実施形態に従い、幅WPを68mm、長さLPを696cm、幅WNを74mm、長さLNを714cm、捲回数NWを約54回、捲回群直径DWを69.5mm、電池缶の直径Dを74.7mm、電池缶の長さLを115mmとする以外は比較例1と同様にした。比D/Lは0.65であった。電池缶の内径DIは73.7mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.1mmであった。
【0055】
【表2】
【0056】
(比較例4)
表2に示すように、比較例4では、第1実施形態に従い、正極活物質に平均粒径約15μmのマンガン酸リチウムを用い、幅WPを125.5mm、長さLPを482cmとし、負極活物質に平均粒径約15μmのメソフェーズ系球状黒鉛を用い、幅WNを131.5mm、長さLNを500cm、集電体を含めた厚さTNを154μmとし、捲回数NWを約45回、捲回群直径DWを56.0mm、電池缶の直径Dを60.4mm、長さLを172.5mmとする以外は比較例1と同様にした。比D/Lは0.35であった。電池缶の内径DIは59.4mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.7mmであった。
【0057】
(比較例5)
表2に示すように、比較例5では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は比較例4と同様にした。
【0058】
(比較例6)
表2に示すように、比較例6では、第1実施形態に従い、幅WPを72.5mm、長さLPを836cm、幅WNを78.5mm、長さLNを854cm、捲回数NWを約63回、捲回群直径DWを72.3mm、電池缶の直径Dを77.7mm、長さLを119.5mmとする以外は比較例4と同様にした。比D/Lは0.65であった。電池缶の内径DIは76.7mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.2mmであった。
【0059】
(比較例7)
表2に示すように、比較例7では、第1実施形態に従い、幅WPを129mm、長さLPを518cmとし、負極活物質に平均粒径約20μmの非晶質炭素を用い、幅WNを135mm、長さLNを536cm、集電体を含めた厚さTNを142μmとし、捲回数NWを約48回、捲回群直径DWを57.2mm、電池缶の直径Dを61.6mm、長さLを176mmとする以外は比較例4と同様にした。比D/Lは0.35であった。電池缶の内径DIは60.6mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.7mmであった。
【0060】
(比較例8)
表2に示すように、比較例8では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は比較例7と同様にした。
【0061】
(比較例9)
表2に示すように、比較例9では、第1実施形態に従い、幅WPを75mm、長さLPを897cm、幅WNを81mm、長さLNを915cm、捲回数NWを約66回、捲回群直径DWを73.9mm、電池缶の直径Dを79.3mm、長さLを122mmとする以外は比較例7と同様にした。比D/Lは0.65であった。電池缶の内径DIは78.3mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.2mmであった。
【0062】
(比較例10)
表2に示すように、比較例10では、第1実施形態に従い、幅WPを87mm、長さLPを523cm、集電体を含めた厚さTPを103μmとし、負極活物質に平均粒径約5μmの非晶質炭素を用い、幅WNを93mm、長さLNを541cm、集電体を含めた厚さTNを73μmとし、捲回数NWを約65回、捲回群直径DWを43.3mm、電池缶の直径Dを46.9mm、長さLを134mmとする以外は比較例4と同様にした。比D/Lは0.35であった。電池缶の内径DIは45.9mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.3mmであった。
【0063】
(比較例11)
表2に示すように、比較例11では、第1実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配設する以外は比較例10と同様にした。
【0064】
(比較例12)
表2に示すように、比較例12では、第1実施形態に従い、幅WPを48mm、長さLPを955cm、幅WNを54mm、長さLNを973cm、捲回数NWを約92回、捲回群直径DWを57.3mm、電池缶の直径Dを61.8mm、長さLを95mmとする以外は比較例10と同様にした。比D/Lは0.65であった。電池缶の内径DIは60.8mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.75mmであった。
【0065】
(比較例13)
表2に示すように、比較例13では、第2実施形態に従い、幅WPを125.5mm、長さLPを482cm、幅WNを131.5mm、長さLNを500cm、捲回数NWを約45回、捲回群直径DWを56.0mm、電池缶の直径Dを60.4mm、長さLを172.5mmとする以外は実施例13と同様にした。比D/Lは0.35であった。電池缶の内径DIは59.4mmで、捲回群と電池缶との隙間は1.7mmであった。
【0066】
(比較例14)
表2に示すように、比較例14では、第2実施形態に従い、幅WPを72.5mm、長さLPを836cm、幅WNを78.5mm、長さLNを854cm、捲回数NWを約63回、捲回群直径DWを72.3mm、電池缶の直径Dを77.7mm、長さLを119.5mmとする以外は比較例13と同様にした。比D/Lは0.65であった。電池缶の内径DIは76.7mmで、捲回群と電池缶との隙間は2.2mmであった。
【0067】
(測定/評価)
次に、このようにして完成した実施例及び比較例の電池を25±2°Cの雰囲気温度にて、次の条件で充電し、満充電状態にして以下の測定1〜3の測定を行った。
(充電条件)
実施例1〜9;4.2V定電圧、制限電流27A、3.5時間
実施例10〜12;4.2V定電圧、制限電流7A、3.5時間
実施例13〜15;4.2V定電圧、制限電流27A、3.5時間
比較例1〜9;4.2V定電圧、制限電流27A、3.5時間
比較例10〜12;4.2V定電圧、制限電流7A、3.5時間
比較例13〜14;4.2V定電圧、制限電流27A、3.5時間
【0068】
[測定1]
満充電状態の電池を、実施例1〜9、実施例13〜15、比較例1〜9及び比較例13〜14の電池は9A定電流、放電終止電圧2.7V、25±2°Cで放電し、実施例10〜12及び比較例10〜12の電池は3A定電流、放電終止電圧2.7V、25±2°Cで放電し、放電容量を確認した。また、各電池の大きさから電池の容積を求め、エネルギー密度を算出した。
【0069】
[測定2]
満充電状態の電池を、実施例1〜9、実施例13〜15、比較例1〜9及び比較例13〜14の電池は27A定電流、25±2°Cで、実施例10〜12及び比較例10〜12は7A定電流、25±2°Cでそれぞれ連続充電し、最終的な電池の状況を観察し、過充電後外観とした。
【0070】
[測定3]
満充電状態の電池を、環境温度30±3°Cにて、電池の長さ方向(軸芯の長さ方向)に、振幅1mm、振動数10Hzで6時間、50Hzで6時間、100Hzで6時間、振動を加える振動試験を行った。各振動数で振動を加えた後、電池を解体し、電極捲回群の移動とリードの切断の有無を目視にて観察した。
【0071】
測定1〜3の測定結果を下表3及び下表4に示す。
【0072】
【表3】
【0073】
【表4】
【0074】
表3及び表4に示すように、放電容量の測定結果では、第1実施形態の実施例1〜9及び比較例1〜9の電池、並びに第2実施形態の実施例13〜15及び比較例13〜14の電池は約27Ah、第1実施形態の実施例10〜12及び比較例10〜12の電池は約7Ahであり、ほぼ定格容量どおりの放電容量が得られ、高いエネルギー密度が得られた。
【0075】
測定2の結果では、比D/Lを0.4〜0.6の範囲とした実施例1〜15の電池は、一部で電池缶の膨れが見られたものの、ほぼ外観を維持していた。これに対して、比D/Lが0.4を下回る比較例1、2、4、5、7、8、10、11の第1実施形態の電池は、電池缶底部の開放弁の有無にかかわらず、かしめ部から上蓋が外れた。また、比較例13の第2実施形態の電池は、電池容器の膨れが見られた。特に、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いた比較例1、2の電池では、電池缶開口部から側面部にかけての破開も見られた。なお、全ての電池において、上蓋部の安全弁、底部の開放弁は全て開裂していた。
【0076】
測定2においては、連続過充電により電池電圧が上昇して電解液の分解、ガス化が起こり、更に分解が進むと発熱を伴い、セパレータが収縮して正極、負極が接触する、いわゆる内部短絡が起こる。そうなると、短絡電流によってさらに温度が上昇し、電解液のガス化が急激になり、電池の内圧が急上昇する。即座に上蓋の安全弁及び底部の開放弁が開裂し、内圧を電池外へ開放することとなる。捲回群内部で発生したガスは、捲回群の両端方向、すなわち上蓋部の安全弁、底部の開放弁の方向へ移動する。しかし、比D/Lが0.4を下回る電池においては、捲回群両端までの長さが大きく、特にガスが急発生した場合には電池缶を膨らませたり、またそのガス塊が、一気に開放弁を通過しようとしたときには、上蓋をかしめ部から外してしまうほどの勢いを持つものと思われる。従って、不慮の事態として、電池が過充電などの異常状態に陥った場合の安全性を確保するには比D/Lを0.4以上とすることが好ましいことが判明した。
【0077】
正極活物質にコバルト酸リチウム、負極に非晶質炭素を用い、底部に開放弁を有する実施例1−2の電池では電池缶の膨れが観察されているのに対して、正極にマンガン酸リチウムを用いた同様な実施例7−2の電池では、底部の開放弁が開裂している以外の外観の異常は認められなかった。従って正極活物質には、マンガン酸リチウムに代表されるリチウムマンガン複酸化物を用いることが好ましいことがわかった。また、底部に開放弁を有していない実施例4、7、10の電池では、電池缶の膨れが見られたのに対して、同じ仕様で底部に開放弁を有している実施例4−2、7−2、10−2の電池では、底部の開放弁が開裂している以外の外観の異常は認められなかった。従って、底部に開放弁を配設する、すなわち、電池の長手方向両端部に内圧開放弁を有する電池は安全性に優れることが明らかとなった。
【0078】
測定3の結果では、全ての実施例の電池は、振動試験後の異常は認められなかった。これに対して、比D/Lが0.6を超える比較例3、6、9、12の第1実施形態の電池及び比較例14の第2実施形態の電池は、捲回群が軸芯の長さ方向の一方へ移動しており、それによって、電極から導出されているリードが切断されていた。比D/Lが大きい、つまり、長さLに対して直径Dが大きいと、軸芯と近接接触する電極の面積が小さくなり、捲回群を保持しきれなくなったものと思われる。従って、比D/Lは0.6以下とすることが好ましいことが判明した。
【0079】
上述したように、上記実施形態の円筒形リチウムイオン電池20、120では、電池構造にかかわらず、電池容器の長さLに対する直径Dの比D/Lを0.4〜0.6としたことにより、電極捲回群W、W’を確実に支持して移動を防止することができ、過充電時に発生したガスを速やかに電池外に開放することができた。従って、耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を実現することができた。また、正極活物質をリチウムマンガン複酸化物としたことで、過充電時のガスの発生を低減することができ、安全性を高めることができた。更に、電池の長手方向両端部に開放弁を配設したことで、過充電時に電池内で発生したガスを電池の両端部から電池外に開放することができ、安全性を高めることができた。
【0080】
なお、本発明は上記実施形態で説明した直径D及び高さLに限定されるものではなく、正極活物質の種類、正極合剤中の導電剤、負極活物質中の炭素材の種類や製造方法に特に限定されるものでもない。また、実施例、比較例の状況から明らかなように、本発明は特に電池容量7Ah以上、捲回数30回以上の電池において顕著に作用し、軸芯の直径、電極の厚さに限定されるものではない。更に、上記実施形態では、軸芯の周囲に電極を捲回して捲回群を作製したが、電極を捲回した後に捲回した電極の中心部に軸芯を挿入して捲回群としてもよい。
【0081】
また、本実施形態以外で用いることのできるリチウムイオン電池用正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であり、予め十分な量のリチウムを挿入したリチウムマンガン複酸化物が好ましく、スピネル構造を有したマンガン酸リチウムや、結晶中のマンガンやリチウムの一部をそれら以外の元素で置換あるいはドープした材料を使用するようにしてもよい。例えばリチウムマンガン複酸化物のLi/Mn比が0.5を超えるものとしたり、リチウムマンガン複酸化物を、Li1+xMn2−x−yMyO4(ここで、0<x<0.1、0<y<0.3、Mは、Al、Cr、Ni、Co、Mg、の群より選ばれる少なくとも1種以上の元素である。)であらわされるものとしてもよい。一般に、マンガン酸リチウムは、適当なリチウム塩と酸化マンガンとを混合、焼成して合成することができるが、リチウム塩と酸化マンガンの仕込み比を制御することによって所望のLi/Mn比とすることができる。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極捲回群を確実に支持して電極捲回群の移動を防止することができると共に、過充電時に発生したガスを速やかに電池外に開放することができるので、耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を実現することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な第1実施形態の円筒型リチウムイオン電池の断面図である。
【図2】第1実施形態の円筒型リチウムイオン電池の電池缶の底面図である。
【図3】本発明が適用可能な第2実施形態の円筒型リチウムイオン電池の断面図である。
【符号の説明】
3 安全弁(内圧開放機構)
16 電池缶(電池容器)
17 巻き芯(軸芯)
20、120 円筒型リチウムイオン電池
25、110 開放弁(内圧開放機構)
116 電池容器
117 軸芯
W、W’ 捲回群(電極捲回群)
W1 アルミニウム箔(正極集電体)
W2 正極活物質層
W3 銅箔(負極集電体)
W4 負極活物質層
W5 セパレータ
D 電池直径
L 電池長さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical lithium ion battery, and in particular, in a battery container having an internal pressure release mechanism that releases an internal pressure at a predetermined pressure, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a belt-like positive electrode having a positive electrode current collector An electrode winding group in which a negative electrode active material layer using a carbon material as a negative electrode active material and a strip-shaped negative electrode having a negative electrode current collector are wound around a shaft core at least 30 times through a separator, A cylindrical lithium ion battery in which both ends of a core are supported or fixed on a positive electrode current collector and a negative electrode current collector and infiltrated with an electrolyte solution, and a substantial discharge capacity 7 The present invention relates to a cylindrical lithium ion battery of Ah or higher.
[0002]
[Prior art]
Lithium ion secondary batteries are mainly used as power sources for portable devices such as VTR cameras, notebook computers, and mobile phones, taking advantage of the high energy density. The internal structure of this battery is usually a winding type as shown below. The electrodes are in the form of a band in which an active material is applied to a metal foil for both the positive electrode and the negative electrode, and the cross section is wound in a spiral shape around the axis so that these electrodes are not in direct contact across the separator. It forms a group of times. The wound group is housed in a cylindrical battery can and sealed after the electrolyte solution is injected. Within the battery can, the wound group is supported or fixed to the shaft core. A general cylindrical lithium ion secondary battery has an outer diameter of 18 mm and a height of 65 mm, which is called 18650 type, and is widely used as a small consumer lithium ion battery.
[0003]
On the other hand, in the automobile industry, in order to respond to environmental problems, the development of an electric vehicle with no exhaust gas and a power source completely made of only a battery, or a hybrid (electric) that uses both an internal combustion engine and a battery as a power source. The development of automobiles has been accelerated, and some have reached the practical stage. Naturally, a secondary battery serving as a power source for an electric vehicle is required to have characteristics capable of obtaining high output and high energy, and a lithium ion battery is attracting attention as a secondary battery that satisfies this requirement.
[0004]
However, even though it is a high-energy density lithium ion secondary battery, in order to withstand large current discharge and large current charge when used in an electric vehicle, not only the electrode structure but also the current collection from the electrode to the battery terminal The structure also needs to be devised. For example, JP-A-8-115744, JP-A-9-55213, JP-A-9-92238, JP-A-9-92241, JP-A-9-92335 include electrodes. The metal foil, which is a current collector, is extended from the active material layer, processed as it is or into a strip shape, and connected to a connection part such as a current collection ring by welding or the like, and once to the battery terminal via the connection part A technique for reducing the voltage drop (iR drop) during large current discharge and large current charge has been proposed. As disclosed in these publications, in order to reduce the voltage drop during large current discharge and large current charge, a space for accommodating the lead connection portion in the cylindrical lithium ion battery is required. .
[0005]
By the way, when mounting a battery on an electric vehicle, it is preferable to provide flexibility in vehicle body design, in particular, battery packaging, in order to meet various needs of electric vehicle users. For this purpose, it is necessary to minimize the space volume occupied by the on-board battery, and the most effective means is the energy density (Wh / dm) per volume of the battery. 3 ) Is maximized. In other words, a battery mounted on an electric vehicle usually has a plurality of single cells connected in parallel and in series to form a module. However, increasing the energy density per unit cell volume reduces the module size. It is effective.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the volume energy density is increased, depending on the ratio of the diameter to the length of the battery (diameter / length), the holding force on the axis of the electrode winding group is reduced. Due to the vibration applied to the battery, movement of the winding group inside the battery occurs, and the lead that electrically connects the electrode and the connecting member is cut. In addition, in a battery having a capacity of approximately 7 Ah or more, a large current charge or large current discharge state is maintained when a battery abnormality such as an overcharge state occurs, and the chemical reaction between the nonaqueous electrolyte and the active material causes A sudden and large amount of gas is generated, increasing the internal pressure of the battery container. In general, a lithium secondary battery has an internal pressure release mechanism that releases the internal pressure at a predetermined pressure in the battery container in order to prevent this increase in internal pressure. However, depending on the ratio of the diameter / length of the battery, The battery behavior is different and the internal pressure increases, so the safety decreases.
[0007]
An object of the present invention is to provide a cylindrical lithium ion battery having high vibration resistance and high safety in view of the above-mentioned cases.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a battery container having an internal pressure release mechanism that releases an internal pressure at a predetermined pressure, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material, and a strip-like positive electrode having a positive electrode current collector, An electrode winding group in which a negative electrode active material layer using a carbon material as a negative electrode active material and a strip-shaped negative electrode having a negative electrode current collector are wound around a shaft core at least 30 times through a separator; Is a cylindrical lithium ion battery supported or fixed on a positive electrode current collector member and a negative electrode current collector member and infiltrated with an electrolyte solution, and has a substantial discharge capacity 7 In a cylindrical lithium ion battery of Ah or more, when the diameter of the battery container is D (mm) and the length is L (mm), the ratio D / L of the diameter D to the length L is 0.4 to 0.4. 0.6.
[0009]
In the present invention, in order to ensure a large volumetric energy density, the positive and negative electrodes have an electrode winding group in which the positive and negative electrodes are wound about 30 times or more around the axis through a separator. In the battery can, the electrode winding group is supported by the shaft core. If the diameter of the electrode winding group is larger than the length of the electrode winding group, the shaft core cannot support the electrode winding group when vibration is applied to the battery, and the electrode winding group moves from the winding position. Therefore, the electrical connection portion between the electrode and the connection member is cut, and the function of the battery is impaired. On the other hand, if the length is large relative to the diameter of the electrode winding group, a sudden and large amount of gas generated in the battery container at the time of battery abnormality moves inside the battery and is released outside the battery through the internal pressure release mechanism. Since it takes a long time to complete, the internal pressure of the battery increases and the safety decreases. According to the present invention, when the diameter of the battery case is D (mm) and the length is L (mm), the ratio D / L of the diameter D to the length L is 0.4 to 0.6. Thus, the electrode winding group can be reliably supported to prevent movement of the electrode winding group, and the gas generated during overcharge can be quickly released out of the battery, so the vibration resistance is high, In addition, a highly safe cylindrical lithium ion battery can be realized.
[0010]
In this case, if the positive electrode active material is a lithium manganese complex oxide, the reaction with the electrolytic solution at the time of battery abnormality is gentle, so that the generation of gas can be reduced, so that safety can be improved. In addition, if an internal pressure release mechanism is provided at both ends of the battery in the longitudinal direction, the gas generated in the battery when the battery is abnormal can be released from the both ends of the battery to the outside of the battery, thus improving safety. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a cylindrical lithium ion battery to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0012]
<Preparation of positive electrode and negative electrode>
As shown in FIG. 1, a cylindrical
[0013]
The positive electrode current collector W1 is an aluminum foil having a thickness of 20 μm. The positive electrode active material layer W2 is composed of lithium cobalt oxide, which is a lithium cobalt complex oxide or lithium manganate, which is a lithium manganese complex oxide, and graphite and acetylene black as conductive assistants (Electrochemical Industry Co., Ltd.). Manufactured by trade name Denka Black), polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder (binder), and an electrolytic solution. The negative electrode current collector W3 is a copper foil having a thickness of 10 μm. The negative electrode active material layer W4 comprises lithium ion as an electrode reactive species, negative electrode active material amorphous carbon or graphite carbon that absorbs and discharges lithium ions upon charge and discharge, and conductive material vapor grown carbon fiber (Showa Denko) (Product name: VGCF) (hereinafter abbreviated as CF), binder PVDF, and electrolytic solution are used as constituents.
[0014]
In order to produce the positive electrode active material layer W2, lithium manganate (average particle size of about 10 to 20 μm) or lithium cobaltate (average particle size of about 10 to 20 μm), graphite (average particle size of about 5 μm), and acetylene black , PVDF are mixed at a mass ratio of 85: 8: 2: 5, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) serving as a dispersion solvent is added thereto, sufficiently kneaded and dispersed to form a slurry. After this kneaded material is transferred from roll to roll (roll-to-roll transfer), both surfaces of the positive electrode current collector W1 are applied to substantially the same thickness and dried, and then the positive electrode thickness T is measured by pressing. P Is compressed to 231 ± 2 μm or 103 ± 2 μm including the positive electrode current collector to obtain the positive electrode active material layer W2. The density of the positive electrode active material layer W2 is 2.65 g / cm. 3 It is. However, the electrolyte solution is not included at this stage. After producing the positive electrode active material layer W2, a predetermined width W described later P , Predetermined length L P To obtain a belt-like positive electrode.
[0015]
On the other hand, to produce the negative electrode active material layer W4, amorphous carbon having an average particle size of 5 to 20 μm (manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd., trade name Carbotron) or mesophase-based spherical graphite (manufactured by Kawasaki Steel Corporation), (Trade name KMFC), CF, and PVDF are mixed at a mass ratio of 87.6: 4.8: 7.6, and an appropriate amount of NMP as a dispersion solvent is added thereto, and kneaded and dispersed sufficiently. To. The kneaded material is roll-to-roll transferred so that both surfaces of the negative electrode current collector W3 are coated on the substantially uniform and the same thickness, dried, and then pressed to form a negative electrode thickness T N Is compressed to 73 to 201 ± 2 μm including the negative electrode current collector to obtain the negative electrode active material layer W4. The density of the negative electrode active material layer W4 is 0.98 g / cm. 3 Or 1.4 g / cm 3 It is. This density was determined so that the porosity in the negative electrode active material layer W4 (ratio of the pores filled with the electrolyte with respect to the entire negative electrode active material layer W4) was about 35%. However, the electrolyte solution is not included at this stage. After preparing the negative electrode active material layer W4, a predetermined width W described later N , Predetermined length L N To obtain a strip-shaped negative electrode. Width W N Is a width W so that the positive electrode active material layer W2 does not protrude from the negative electrode active material layer W4 when the positive and negative electrodes are wound. P 6mm larger than the length L N Is the length L P 18 cm larger. In addition, the width of the separator is the width W so that the negative electrode does not protrude from the separator. N 6 mm larger.
[0016]
<Production of battery>
Diameter D S A thickness T between the positive electrode and the negative electrode around the winding
[0017]
On the other hand, an upper lid composed of the upper lid cap 1, the
[0018]
A positive current collector ring spacer 6 for fixing the winding group W is disposed on the periphery of the positive
[0019]
On the upper lid of the cylindrical
[0020]
As shown in FIG. 1, in the cylindrical
[0021]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of a cylindrical lithium ion battery to which the present invention is applied will be described.
[0022]
<Preparation of positive electrode and negative electrode>
In this embodiment, the material and thickness of the positive electrode current collector W1, the constituent material and manufacturing method of the positive electrode active material layer W2, the material and thickness of the negative electrode current collector W3, and the constituent material and manufacturing method of the negative electrode active material layer W4 The material and thickness of the separator W5 are the same as those in the first embodiment. However, when applying the active material to the current collector for both the positive and negative electrodes, a positive and negative electrode is prepared by leaving an uncoated part with a width of 50 mm on one side edge in the longitudinal direction of the current collector, and a notch is formed in the uncoated part. The remaining notch was used as the
[0023]
<Production of battery>
As shown in FIG. 3, the cylindrical
[0024]
The
[0025]
The connection operation between the negative electrode
[0026]
Thereafter, an insulating
[0027]
Next, a second
[0028]
Next, a
[0029]
Thereafter, a predetermined amount of electrolyte was injected into the
[0030]
As shown in FIG. 3, in the cylindrical
[0031]
【Example】
Next, the detail of the Example of the cylindrical
[0032]
Example 1
As shown in Table 1 below, in Example 1, according to the first embodiment, a cylindrical lithium
[0033]
(Example 1-2)
As shown in Table 1 below, Example 1-2 was the same as Example 1 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0034]
(Example 2)
As shown in Table 1 below, in Example 2, according to the first embodiment, the width W P 87mm, length L P 550cm, width W N 93mm, length L N 568cm, number of wrinkles N W About 47 times, wound group diameter D W Was 62.3 mm, the battery can diameter D was 67.0 mm, and the battery can length L was 134 mm. The ratio D / L was 0.5. Inner diameter D of battery can I Was 66.0 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.85 mm.
[0035]
(Example 3)
As shown in Table 1 below, in Example 3, according to the first embodiment, the width W P 74mm, length L P 654cm, width W N 80mm, length L N 672cm, number of wrinkles N W About 52 times, wound group diameter D W Was 67.5 mm, the battery can diameter D was 72.6 mm, and the battery can length L was 121 mm. The ratio D / L was 0.6. Inner diameter D of battery can I Was 71.6 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.05 mm.
[0036]
[Table 1]
[0037]
Example 4
As shown in Table 1, in Example 4, according to the first embodiment, lithium manganate having an average particle size of about 15 μm was used as the positive electrode active material, and the width W P 112mm, length L P 541 cm, mesophase-based spherical graphite (trade name: KMFC, manufactured by Kawasaki Steel Corporation) having an average particle size of about 15 μm is used as the negative electrode active material, and the width W N 118mm, length L N 559cm, thickness T including current collector N Is set to 154 μm, and the number of sputum N W About 48 times, wound group diameter D W Was 59.0 mm, the diameter D of the battery can was 63.6 mm, and the length L was 159 mm. The ratio D / L was 0.4. Inner diameter D of battery can I Was 62.6 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.8 mm.
[0038]
(Example 4-2)
As shown in Table 1, Example 4-2 was the same as Example 4 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0039]
(Example 5)
As shown in Table 1, in Example 5, the width W according to the first embodiment. P 92mm, length L P 658cm, width W N 98mm, length L N 676cm, number of wrinkles N W About 54 times, wound group diameter D W Was 64.7 mm, the battery can diameter D was 69.5 mm, and the length L of the battery can was 139 mm. The ratio D / L was 0.5. Inner diameter D of battery can I Was 68.5 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.9 mm.
[0040]
(Example 6)
As shown in Table 1, in Example 6, according to the first embodiment, the width W P 78mm, length L P 775cm, width W N 84mm, length L N 793cm, number of wrinkles N W About 60 times, wound group diameter D W Was 69.8 mm, the battery can diameter D was 75.0 mm, and the battery can length L was 125 mm. The ratio D / L was 0.6. Inner diameter D of battery can I Was 74.0 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.1 mm.
[0041]
(Example 7)
As shown in Table 1, in Example 7, according to the first embodiment, the width W P 115.5mm, length L P 583 cm, amorphous carbon having an average particle diameter of about 20 μm is used as the negative electrode active material, and the width W N 121.5mm, length L N 601cm, thickness T including current collector N Is 142μm, and the number of wrinkles N W About 51 times, wound group diameter D W Was 60.4 mm, the battery can diameter D was 65.0 mm, and the length L was 162.5 mm. The ratio D / L was 0.4. Inner diameter D of battery can I Was 64.0 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.8 mm.
[0042]
(Example 7-2)
As shown in Table 1, Example 7-2 was the same as Example 7 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0043]
(Example 8)
As shown in Table 1, in Example 8, according to the first embodiment, the width W P 95mm, length L P 708cm, width W N 101mm, length L N 726cm, number of wrinkles N W About 57 times, wound group diameter D W Was 66.1 mm, the battery can diameter D was 71.0 mm, and the battery can length L was 142 mm. The ratio D / L was 0.5. Inner diameter D of battery can I Was 70.0 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.95 mm.
[0044]
Example 9
As shown in Table 1, in Example 9, the width W according to the first embodiment. P 81mm, length L P 837cm, width W N 87mm, length L N 855cm, number of wrinkles N W About 63 times, wound group diameter D W Is 71.5 mm, the diameter D of the battery can is 76.8 mm, and the length L of the battery can is 128 mm. The ratio D / L was 0.6. Inner diameter D of battery can I Was 75.8 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.15 mm.
[0045]
(Example 10)
As shown in Table 1, in Example 10, the width W according to the first embodiment. P 77.5mm, length L P 598cm, thickness T including current collector P Is 103 μm, amorphous carbon having an average particle diameter of about 5 μm is used for the negative electrode active material, and the width W N 83.5mm, length L N 616cm, thickness T including current collector N Is 73 μm and the diameter D of the shaft core S Use a 10 mm one and use N W About 70 times, wound group diameter D W Was 46.0 mm, the battery can diameter D was 49.8 mm, and the length L was 124.5 mm. The ratio D / L was 0.4. Inner diameter D of battery can I Was 48.8 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.4 mm.
[0046]
(Example 10-2)
As shown in Table 1, Example 10-2 was the same as Example 10 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0047]
(Example 11)
As shown in Table 1, in Example 11, the width W according to the first embodiment. P 62.5mm, length L P 736cm, width W N 68.5mm, length L N 754cm, number of wrinkles N W About 79 times, wound group diameter D W Was 50.7 mm, the battery can diameter D was 54.7 mm, and the battery can length L was 109.5 mm. The ratio D / L was 0.5. Inner diameter D of battery can I Was 53.7 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.5 mm.
[0048]
(Example 12)
As shown in Table 1, in Example 12, according to the first embodiment, the width W P 52mm, length L P 880cm, width W N 58mm, length L N 898cm, number of wrinkles N W About 88 times, wound group diameter D W Was 55.1 mm, the battery can diameter D was 59.4 mm, and the battery can length L was 99 mm. The ratio D / L was 0.6. Inner diameter D of battery can I Was 58.4 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.65 mm.
[0049]
(Example 13)
As shown in Table 1, in Example 13, a cylindrical lithium
The battery of Example 13 has open valves at both ends of the battery container.
[0050]
(Example 14)
As shown in Table 1, in Example 14, the width W according to the second embodiment. P 92mm, length L P 658cm, width W N 98mm, length L N 676cm, number of wrinkles N W About 54 times, wound group diameter D W Was 64.7 mm, the battery can diameter D was 69.5 mm, and the length L was 139 mm. The ratio D / L was 0.5. Inner diameter D of battery can I Was 68.5 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.9 mm.
[0051]
(Example 15)
As shown in Table 1, in Example 15, according to the second embodiment, the width W P 78mm, length L P 775cm, width W N 84mm, length L N 793cm, number of wrinkles N W About 60 times, wound group diameter D W Was 69.8 mm, the battery can diameter D was 75.0 mm, and the length L was 125 mm. The ratio D / L was 0.6. Inner diameter D of battery can I Was 74.0 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.1 mm.
[0052]
(Comparative Example 1)
As shown in Table 2 below, in Comparative Example 1, according to the first embodiment, the width W P 119mm, length L P 400cm, width W N 125mm, length L N 418cm, number of wrinkles N W About 39 times, wound group diameter D W Was 33.9 mm, the battery can diameter D was 58.1 mm, and the battery can length L was 166 mm. The ratio D / L was 0.35. Inner diameter D of battery can I Was 57.1 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.6 mm.
[0053]
(Comparative Example 2)
As shown in Table 2 below, Comparative Example 2 was the same as Comparative Example 1 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0054]
(Comparative Example 3)
As shown in Table 2 below, in Comparative Example 3, the width W according to the first embodiment. P 68mm, length L P 696cm, width W N 74mm, length L N 714cm, number of wrinkles N W About 54 times, wound group diameter D W Was 69.5 mm, the battery can diameter D was 74.7 mm, and the battery can length L was 115 mm. The ratio D / L was 0.65. Inner diameter D of battery can I Was 73.7 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.1 mm.
[0055]
[Table 2]
[0056]
(Comparative Example 4)
As shown in Table 2, in Comparative Example 4, according to the first embodiment, lithium manganate having an average particle size of about 15 μm was used as the positive electrode active material, and the width W P 125.5mm, length L P 482 cm, mesophase spherical graphite having an average particle size of about 15 μm is used as the negative electrode active material, N 131.5mm, length L N 500cm, thickness T including current collector N Is set to 154 μm, and the number N W About 45 times, wound group diameter D W Was 56.0 mm, the battery can diameter D was 60.4 mm, and the length L was 172.5 mm. The ratio D / L was 0.35. Inner diameter D of battery can I Was 59.4 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.7 mm.
[0057]
(Comparative Example 5)
As shown in Table 2, Comparative Example 5 was the same as Comparative Example 4 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0058]
(Comparative Example 6)
As shown in Table 2, in Comparative Example 6, according to the first embodiment, the width W P 72.5mm, length L P 836cm, width W N 78.5mm, length L N 854cm, number of wrinkles N W About 63 times, wound group diameter D W Was 72.3 mm, the battery can diameter D was 77.7 mm, and the length L was 119.5 mm. The ratio D / L was 0.65. Inner diameter D of battery can I Was 76.7 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.2 mm.
[0059]
(Comparative Example 7)
As shown in Table 2, in Comparative Example 7, according to the first embodiment, the width W P 129mm, length L P Is 518 cm, amorphous carbon having an average particle diameter of about 20 μm is used as the negative electrode active material, N 135mm, length L N 536cm, thickness T including current collector N Is 142μm, and the number of wrinkles N W About 48 times, wound group diameter D W Was 57.2 mm, the battery can diameter D was 61.6 mm, and the length L was 176 mm. The ratio D / L was 0.35. Inner diameter D of battery can I Was 60.6 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.7 mm.
[0060]
(Comparative Example 8)
As shown in Table 2, Comparative Example 8 was the same as Comparative Example 7 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0061]
(Comparative Example 9)
As shown in Table 2, in the comparative example 9, the width W according to the first embodiment. P 75mm, length L P 897cm, width W N 81mm, length L N 915cm, number of wrinkles N W About 66 times, wound group diameter D W Is 73.9 mm, the battery can diameter D is 79.3 mm, and the length L is 122 mm. The ratio D / L was 0.65. Inner diameter D of battery can I Was 78.3 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.2 mm.
[0062]
(Comparative Example 10)
As shown in Table 2, in Comparative Example 10, according to the first embodiment, the width W P 87mm, length L P 523cm, thickness T including current collector P Is 103 μm, amorphous carbon having an average particle diameter of about 5 μm is used for the negative electrode active material, and the width W N 93mm, length L N 541cm, thickness T including current collector N Is 73 μm, and the number of wrinkles N W About 65 times, wound group diameter D W Was 43.3 mm, the battery can diameter D was 46.9 mm, and the length L was 134 mm. The ratio D / L was 0.35. Inner diameter D of battery can I Was 45.9 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.3 mm.
[0063]
(Comparative Example 11)
As shown in Table 2, Comparative Example 11 was the same as Comparative Example 10 except that an open valve was provided at the bottom of the battery can according to the first embodiment.
[0064]
(Comparative Example 12)
As shown in Table 2, in Comparative Example 12, the width W is according to the first embodiment. P 48mm, length L P 955cm, width W N 54mm, length L N 973 cm, number of wrinkles N W About 92 times, wound group diameter D W Was set to 57.3 mm, the battery can diameter D was 61.8 mm, and the length L was 95 mm. The ratio D / L was 0.65. Inner diameter D of battery can I Was 60.8 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.75 mm.
[0065]
(Comparative Example 13)
As shown in Table 2, in Comparative Example 13, according to the second embodiment, the width W P 125.5mm, length L P 482cm, width W N 131.5mm, length L N 500cm, number of wrinkles N W About 45 times, wound group diameter D W Was 66.0 mm, the battery can diameter D was 60.4 mm, and the length L was 172.5 mm. The ratio D / L was 0.35. Inner diameter D of battery can I Was 59.4 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 1.7 mm.
[0066]
(Comparative Example 14)
As shown in Table 2, in Comparative Example 14, the width W according to the second embodiment. P 72.5mm, length L P 836cm, width W N 78.5mm, length L N 854cm, number of wrinkles N W About 63 times, wound group diameter D W Was 72.3 mm, the battery can diameter D was 77.7 mm, and the length L was 119.5 mm. The ratio D / L was 0.65. Inner diameter D of battery can I Was 76.7 mm, and the gap between the wound group and the battery can was 2.2 mm.
[0067]
(Measurement / Evaluation)
Next, the batteries of Examples and Comparative Examples completed in this way were charged at the ambient temperature of 25 ± 2 ° C. under the following conditions to obtain a fully charged state, and the following measurements 1 to 3 were performed. It was.
(Charging conditions)
Examples 1 to 9; 4.2 V constant voltage, limiting current 27 A, 3.5 hours
Examples 10-12; 4.2V constant voltage, limiting current 7A, 3.5 hours
Examples 13 to 15; 4.2 V constant voltage, limiting current 27 A, 3.5 hours
Comparative Examples 1-9; 4.2V constant voltage, limiting current 27A, 3.5 hours
Comparative Examples 10-12; 4.2 V constant voltage, limiting current 7 A, 3.5 hours
Comparative Examples 13 to 14; 4.2V constant voltage, limiting current 27A, 3.5 hours
[0068]
[Measurement 1]
The fully charged batteries of Examples 1-9, Examples 13-15, Comparative Examples 1-9, and Comparative Examples 13-14 are 9 A constant current, final discharge voltage 2.7 V, 25 ± 2 ° C. The batteries of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 10 to 12 were discharged at a constant current of 3 A, a final discharge voltage of 2.7 V, and 25 ± 2 ° C., and the discharge capacity was confirmed. Moreover, the volume of the battery was calculated from the size of each battery, and the energy density was calculated.
[0069]
[Measurement 2]
The fully charged batteries of Examples 1-9, Examples 13-15, Comparative Examples 1-9 and Comparative Examples 13-14 are 27 A constant current, 25 ± 2 ° C., and Examples 10-12 and Comparative Examples 10 to 12 were each continuously charged at a constant current of 7 A and 25 ± 2 ° C., and the final battery condition was observed to give an appearance after overcharging.
[0070]
[Measurement 3]
A fully charged battery at an environmental temperature of 30 ± 3 ° C., in the length direction of the battery (axial direction of the axis), with an amplitude of 1 mm, a frequency of 10 Hz for 6 hours, 50 Hz for 6 hours, and 100 Hz for 6 hours A vibration test for applying vibration for a time was conducted. After applying vibration at each frequency, the battery was disassembled and the presence or absence of movement of the electrode winding group and cutting of the lead was visually observed.
[0071]
The measurement results of Measurements 1 to 3 are shown in Table 3 and Table 4 below.
[0072]
[Table 3]
[0073]
[Table 4]
[0074]
As shown in Tables 3 and 4, in the measurement results of the discharge capacity, the batteries of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-9 of the first embodiment, and Examples 13-15 of the second embodiment and Comparative Examples The batteries of 13 to 14 are about 27 Ah, the batteries of Examples 10 to 12 of the first embodiment and the batteries of Comparative Examples 10 to 12 are about 7 Ah. A discharge capacity almost equal to the rated capacity is obtained, and a high energy density is obtained. It was.
[0075]
As a result of
[0076]
In
[0077]
In the battery of Example 1-2, in which lithium cobaltate was used for the positive electrode active material, amorphous carbon was used for the negative electrode, and an open valve was provided at the bottom, swelling of the battery can was observed, whereas lithium manganate was used for the positive electrode. In the battery of Example 7-2 using the same, no abnormality in the appearance was observed except that the open valve at the bottom was cleaved. Therefore, it was found that it is preferable to use a lithium manganese complex oxide typified by lithium manganate as the positive electrode active material. In addition, in the batteries of Examples 4, 7, and 10 that did not have an open valve at the bottom, the battery can swelled, whereas the batteries with the same specifications had an open valve at Example 4 In the batteries of -2, 7-2, and 10-2, no abnormality in appearance was observed except that the open valve at the bottom was cleaved. Therefore, it has been clarified that a battery having an open valve at the bottom, that is, a battery having internal pressure release valves at both ends in the longitudinal direction of the battery is excellent in safety.
[0078]
As a result of
[0079]
As described above, in the cylindrical
[0080]
In addition, this invention is not limited to the diameter D and height L which were demonstrated in the said embodiment, The kind of positive electrode active material, the electrically conductive agent in positive mix, the kind and manufacture of the carbon material in a negative electrode active material The method is not particularly limited. Further, as is clear from the situation of the examples and comparative examples, the present invention works particularly remarkably in batteries having a battery capacity of 7 Ah or more and a battery count of 30 times or more, and is limited to the diameter of the shaft core and the thickness of the electrodes. It is not a thing. Furthermore, in the above-described embodiment, the wound group is produced by winding the electrode around the shaft core, but the wound group may be formed by inserting the shaft core into the center of the wound electrode after winding the electrode. Good.
[0081]
Further, as the positive electrode active material for lithium ion batteries that can be used other than the present embodiment, lithium is a material that can be inserted and desorbed, and a lithium manganese complex oxide in which a sufficient amount of lithium is inserted in advance is preferable, A lithium manganate having a spinel structure or a material obtained by substituting or doping a part of manganese or lithium in a crystal with an element other than those may be used. For example, the Li / Mn ratio of the lithium manganese complex oxide exceeds 0.5, or the lithium manganese complex oxide is changed to Li 1 + x Mn 2-xy M y O 4 (Where 0 <x <0.1, 0 <y <0.3, and M is at least one element selected from the group consisting of Al, Cr, Ni, Co, and Mg). It is good also as a thing. In general, lithium manganate can be synthesized by mixing and baking an appropriate lithium salt and manganese oxide, but the desired Li / Mn ratio should be achieved by controlling the charging ratio of the lithium salt and manganese oxide. Can do.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably support the electrode winding group and prevent the electrode winding group from moving, and to quickly release the gas generated during overcharge to the outside of the battery. Therefore, an effect that a cylindrical lithium ion battery having high vibration resistance and high safety can be realized can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical lithium ion battery according to a first embodiment to which the present invention is applicable.
FIG. 2 is a bottom view of the battery can of the cylindrical lithium ion battery according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a cylindrical lithium ion battery according to a second embodiment to which the present invention is applicable.
[Explanation of symbols]
3 Safety valve (Internal pressure release mechanism)
16 Battery can (battery container)
17 Winding core (shaft core)
20, 120 Cylindrical lithium ion battery
25, 110 Release valve (Internal pressure release mechanism)
116 Battery container
117 shaft core
W, W 'wound group (electrode wound group)
W1 aluminum foil (positive electrode current collector)
W2 cathode active material layer
W3 Copper foil (Negative electrode current collector)
W4 Negative electrode active material layer
W5 separator
D Battery diameter
L Battery length
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