JP4782266B2

JP4782266B2 - Non-aqueous electrolyte battery

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Publication number: JP4782266B2
Application number: JP35771099A
Authority: JP
Inventors: 大輔長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001176549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子を収容してなる非水電解質電池に関し、特にゲル電解質電池、固体電解質電池等における電池素子電極の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型のビデオテープレコーダや携帯型電話機、携帯型のパーソナルコンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらポータブル電子機器の駆動電源として、電池、特に二次電池、そのなかでも非水電解質二次電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）について、軽量、薄型化や、形状の自由度が高い電池の研究開発が活発に進められている。
【０００３】
上述したような電池に使用する電解質としては、固体化した電解液の研究が盛んであり、特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。このような固体電解質を使用する電池では、電解液の漏液のおそれがないため、プラスチックフィルムや、プラスチックと金属とを張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを外装材として使用し、このラミネートフィルム内に電池素子を封入することがで、薄型、軽量化や形状の自由度の向上を達成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非水電解質二次電池等の非水電解質電池においては、上述した薄型軽量かつ形状の自由度が高いというメリットを活かし、ポータブル電子機器内にあるスペースを有効に利用することができる。このようなポータブル機器内にできるスペースは様々であり、これに伴って非水電解質電池にも様々な形状に対応することが要請され、その電池素子を構成する電極形状も複雑化している。
【０００５】
従来の非水電解質電池においては、電極集電体となる金属箔の原反に活物質層と電解質層とを塗工した後、金型を使用した押し抜き等によって、所定形状に切り抜くことにより電池素子を構成する負極及び正極を作製している。このように作製される負極及び正極においては、電極集電体とともに、この電極集電体に形成された活物質層と電解質層も裁断されるため、活物質層の切断面が露出する。従来の非水電解質電池は、この活物質層の切断面から活物質が脱落し、内部ショート等の電池の故障の原因となって、電池自体の品質を低下させている。
【０００６】
そこで、本発明は、電池素子を構成する電池電極からの活物質の脱落を防止して、品質、安全性が向上した非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を有する本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体と、電極集電体上に電極材料を塗布して形成される活物質層と、活物質層上に、マトリクス高分子中に電解質を相溶させた高分子複合体からなるゲル状電解質又は固体電解質で形成された電解質層とを有する負極及び正極を有する電池素子を備え、負極及び正極のそれぞれにおいて、活物質層の外周縁が電極集電体の外周縁よりも後退しているとともに、活物質層の周囲において負極合剤又は正極合剤が塗布されていない未塗布部が設けられ、該未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなっており、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部を有し、活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって覆われている。
【０００８】
上述した構成を有する本発明に係る非水電解質電池は、電解質層の外周縁を電極集電体の外周縁よりも後退させて形成することで、電極集電体を所定の形状に切り抜く際に、活物質層を切断せずに負極及び正極が作製される。また、本発明に係る非水電解質電池では、負極活物質層及び正極活物質層の周囲において、負極集電体上の負極合剤及び正極集電体の正極合剤が塗布されていない未塗布部を設け、この未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるようにする。また、本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部が設けられ、電極集電体上に形成された活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって被覆される。このような本発明に係る非水電解質電池によれば、活物質層からの活物質の脱落を有効に防ぐことができ、内部ショートの発生による電池の故障を防止して、電池の品質、安全性を向上させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質電池の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、例えば固体電解質電池、またはゲル状電解質電池である。
【００１０】
具体的には、リチウムイオン二次電池１は、図１及び図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、又はゲル状電解質が配設されてなる電池素子２と、シート状のラミネートフィルムが二つに折り畳まれてなる外装材３とを備える。リチウムイオン二次電池１は、電池素子２が外装材３内に収容され、この外装材３の周囲を熱溶着することにより電池素子３が密封されてなるものである。
【００１１】
電池素子２は、図３に示すように、負極１１と正極２１とが積層されて構成される。負極１１は、図４に示すように、負極集電体１２上に、この負極集電体１２の外周縁よりも後退した位置に外周縁がくるように負極合剤が塗布されてなる活物質層１３と、この活物質層１３の外周端面を覆うようにゲルポリマーが塗布されてなる電解質層１４とが形成されている。また、負極１１には、後述する負極端子リード４が取り付けられるリード取付部１６が設けられる。
【００１２】
このように、負極１１においては、活物質層１３の外周縁が負極集電体１２の外周縁よりも後退した位置にくるように塗布されることで、活物質層１３の周囲に亘って負極合剤が塗布されていない未塗布部１５が設けられる。この未塗布部１５は、後述する負極１１の作製の際に負極集電体１２の原反となるシート状の銅箔から所定形状に切り抜く際に、この銅箔上に塗布、形成された活物質層１３からの活物質の脱落、剥離を防ぐことができ、内部ショート等の電池の故障を防止する。
【００１３】
負極１１においては、上述した未塗布部１５の幅寸法ｘが０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるように、好ましくは０．５ｍｍ乃至１ｍｍとなるように負極合剤が塗布される。未塗布部１５の幅が０．１ｍｍ未満であると上述した内部ショート等の原因となる活物質の脱落、剥離が有効に防止できず、また未塗布部１５の幅が２ｍｍよりも大きいと電池素子２のデッドスペースが大きくなり体積当たりの電池容量が低下する。なお、負極１１は、未塗布部１５がその幅寸法ｘが、上述した寸法の範囲内にあればその全周に亘って一様である必要はない。
【００１４】
また、負極１１は、活物質層１２の外周端面を含む全体が電解質層１３により覆われているため、一層活物質の脱落、剥離が防ぐことができ、内部ショート等の電池の故障を防止する。
【００１５】
なお、正極１２も、上述した負極１１と同様の構成を有する。すなわち、正極２１は、正極集電体２２上に、この正極集電体２２の外周縁よりも後退した位置に外周縁がくるように正極合剤が塗布されてなる活物質層２３と、この活物質層２３の外周端面を含む全体を覆うようにゲルポリマーが塗布されてなる電解質層２４とが形成されている。また、正極１２は、活物質層２３の周囲に未塗布部２５が設けられるとともに、後述する正極リード端子５が取り付けられるリード取付部２６が設けられる。
【００１６】
電池素子２においては、非水電解質電池の原理と安全性の観点から、通常、図３に示すように、負極１１に比して正極２１が小さく形成されている。しかしながら、塗布された活物質層の脆さという点では、負極１１の活物質層１３に比して正極２１の活物質層２３の方が弱い。また、正極２１は、その集電体である金属箔に、通常アルミニウム箔が使用されており、シート状の原反から切り抜く際に切断面に生じるバリ２２ａが、図５に示すように負極１１の集電体である銅箔の切断面に生じるバリ１２ａに比して大きくなりやすい。このため、正極２１の集電体に生じたバリが、電解質層１４，２４を突き破り、正極２１よりも外側に位置する負極集電体１２に接触して内部ショートが発生することがある。
【００１７】
上述した理由から、図６及び図７に示すように、正極２１を構成する正極集電体２２を負極１１の形状に比して大きく、具体的にはその全周に亘って正極２１の縁部が負極１１の縁部よりもはみ出るように形成してもよい。このように、正極集電体２２を負極１１より大きく形成することで、正極集電体２２のバリが負極集電体１２に触れ難くなり、さらに活物質の脱落、剥離を防ぐための電解質層２４の量も増やすことができるため、内部ショート等の電池の故障防止の効果も向上し、安全性の高いリチウムイオン二次電池１を作製することができる。
【００１８】
このとき、正極２１は、負極１１との差分寸法ｙが０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとなるように形成することが望ましい。リチウムイオン二次電池１においては、正極２１が負極１１からはみ出る量が０．１ｍｍ未満であると内部ショートを有効に防止することができず、また０．５ｍｍよりも大きくはみ出るようにすると単位体積当たりの電池容量が低下する。なお、正極２１は、負極１１からはみ出る負極１１との差分寸法ｙが、上述した寸法の範囲内にあればその全周に亘って一様である必要はない。
【００１９】
電池素子２は、該電池素子２を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード４及び正極と電気的に接続される正極端子リード５が設けられている。これら負極端子リード４及び正極端子リード５は、外装材３の外方へと引き出され、リチウムイオン二次電池１を駆動電源とするポータブル電子機器等の機器本体と電気的に接続される。
【００２０】
負極端子リード４及び正極端子リード５は、詳しい図示を省略する負極及び正極を構成するそれぞれの集電体に接合されており、その材質としては、負極端子リードは銅、ニッケル、又はこれらの合金を用いることができる。また、正極端子リードには、高電位で溶解しないもの、例えばアルミニウム、チタン、或いはこれらの合金等が挙げられる。
【００２１】
電池素子２には、固体電解質として、溶媒を一切含まない固体電解質を用いることができる。
【００２２】
溶媒を含まない固体電解質としては、イオン伝導性高分子を用いた高分子固体電解質、さらにはイオン伝導性セラミクス、或いはイオン伝導性ガラスを用いた無機固体電解質等を用いることができる。
【００２３】
例えば高分子固体電解質を形成するには、ポリエチレンオキサイドに代表されるようなエーテル結合を有する高分子マトリクス中に電解質を相溶させた高分子複合体を使用することができる。このとき、電解質としては、やはり通常の電池電解液に用いられる電解質を使用することができ、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等のリチウム塩を使用することができる。
【００２４】
高分子マトリクスとしては、上述したポリエチレンオキシドのような直鎖状の高分子だけでなく、側鎖構造を有したくし型高分子、あるいは主鎖にシロキサン構造、ポリフォスファゼン構造等の無機高分子構造を有したもの等も使用することができるが、勿論、これらに限られるものではない。
【００２５】
あるいは、通常のゲル状電解質電池とすることも可能である。例えばゲル状電解質電池を考えた場合、ゲル状電解質に用いられ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、変成ポリマー等、も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）等及びこれらの混合物が各種使用できるが、勿論これらに限定されるものではない。
【００２６】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、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また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。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層また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、光または熱で架橋して固体化される。
【００２７】
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。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
【００２８】
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、たとえばポリ（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。
【００２９】
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、高分子化合物としては、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、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（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】
このようなゲル状電解質また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、リチウム化合物（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。
【００３１】
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、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等を挙げることができる。
【００３２】
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、これらの中でＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が酸化安定性の点から望ましい。
【００３３】
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から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００３４】
リチウムイオン二次電池１の負極としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を負極活物質として使用することができる。このような負極の構成材料としては、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。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、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。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。このような負極活物質を使用して負極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。
【００３５】
また、リチウムイオン二次電池１の負極には、上述した材料が調製された負極合剤が塗布される電極集電体として金属箔、例えば銅箔等が使用される。
【００３６】
正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物また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，Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ₂（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。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，ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-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。正極には、これらの正極活物質の複数種を併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。
【００３７】
また、リチウムイオン二次電池１の正極には、上述した材料が調製された正極合剤が塗布される電極集電体として金属箔、例えばアルミニウム箔等が使用される。
【００３８】
なお、リチウムイオン二次電池１は、電池素子２の構造として、上述した積み重ね型の他、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを巻き取った巻き取り型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを交互に折り畳んだ折り畳み型等を挙げることができ、任意に選択することができる。
【００３９】
外装材３は、例えば外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層（ラミネート最内層）の３層からなるヒートシールタイプのシート状ラミネートフィルムを使用する。熱溶着層は、電池素子を封入する際の熱溶着による封入を目的としたもので、プラスチックフィルムが使用されている。プラスチックフィルムには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテフタレート等が用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であればその原料を問わない。
【００４０】
本発明は、一次電池、二次電池のいずれにも適用可能であるが、特に上述したリチウムイオン二次電池１や、リチウム金属を負極材料として使用するリチウム二次電池等の如き非水電解質二次電池へ適用することで、大きな効果を得ることができる。
【００４１】
上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法について、以下に説明する。
【００４２】
まず、リチウムイオン二次電池１においては、電池素子２を構成する負極及び正極が製造される。
【００４３】
負極は、図８に示すように、負極集電体１２となる銅箔の原反シート１２Ａ上にスラリー状に調製された負極合剤が塗布されて活物質層１３が形成される活物質塗布工程が行われる。活物質層１３は、例えばダイコータ等の塗布装置を用いて負極集電体１２の原反シート１２Ａ上に、負極合剤が所定間隔ごとに間欠塗布され、その後塗布された負極合剤を乾燥させ、ロールプレス機等で圧縮して成形される。
【００４４】
次に、上述した活物質塗布工程にて活物質層１３が形成された原反シート１２Ａから所定の電極形状に負極集電体１２を切り抜く切抜き工程が行われる。切抜き工程においては、図８に示す点線に沿って、すなわち負極集電体１２が未塗布部１５を有するように負極集電体１２の外周縁よりも活物質層１３の外周縁が後退した位置にくるように切り抜かれる。切抜き工程では、所定の電極形状に対応する金型を使用した押し切りや、レーザカット等の方法で、原反シート１２Ａから負極集電体１２が切り抜かれる。
【００４５】
そして、切り抜き工程において図９に示す形状に切り抜かれた負極集電体１２と、この負極集電体１２に形成された活物質層１３上に、ゲルポリマーを塗布して電解質層１３を形成するポリマー塗布工程が行われる。ポリマー塗布工程では、負極集電体１２上に形成された活物質層１２の外周端面を含む全体を覆うようにゲルポリマーが塗布され、図４に示すように活物質層１３全体を覆う電解質層が形成される。
【００４６】
また、正極は、詳しい図示を省略するが上述した負極１１と同様の工程を経て製造される。すなわち、正極集電体となるアルミニウム箔の原反シート上に活物質層を形成する活物質塗布工程と、活物質層が形成されたアルミニウム箔の原反シートを所定の電極形状に切り抜く切抜き工程とが行われ、その後解質層を形成するポリマー塗布工程が行われて正極が作製される。
【００４７】
なお、上述した負極１１と正極２１の作製に際しては、所定の電極形状に切り抜き後に、電解質層を形成したが、ゲルポリマーを塗布して電解質層を形成後に所定の電極形状への切り抜きを行ってもよい。
【００４８】
リチウムイオン二次電池１においては、上述したように作製された負極及び正極を、それぞれの活物質層１２同士が対向するように積層して電池素子２とされる。リチウムイオン二次電池１は、負極と正極とを積層してなる電池素子２を外装材３内に収納し、この外装材３の周囲部を熱溶着して内部の電池素子３を密封することにより完成する。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例について、実験結果に基づき説明する。
【００５０】
まず、以下に示すように実施例のサンプル電池及び比較例のサンプル電池を作製した。
【００５１】
実施例１
まず、負極を以下のようにして作製した。
【００５２】
粉砕した黒鉛粉末を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-ヘ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てスラリー状とした。
【００５３】
そして、このスラリー状の負極合剤を負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の片面に均一に、未塗布部が１ｍｍとなるように塗布し、乾燥させてロールプレス機で圧縮成形し、所定形状に切り抜いて負極を作製した。
【００５４】
一方、正極を以下のようにして作製した。
【００５５】
正極活物質として使用するＬｉＣｏＯ₂を得るため、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、空気中の９００℃条件下で５時間焼成した。
【００５６】
上述した方法で得られたＬｉＣｏＯ₂を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）１０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。
【００５７】
そして、このスラリー状の正極合剤を正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥させてロールプレス機で圧縮成形し、所定形状に切り抜いて正極を作製した。
【００５８】
このとき、正極は、負極に比して大きく、具体的には図６に示す電池素子３の如く正極の縁部と負極の縁部との差分寸法ｙが０．５ｍｍとなるように作製した。
【００５９】
さらに、ゲル状電解質（電解質層）を以下のようにして得た。
【００６０】
活物質層が形成されかつ所定形状にレーザカットされた負極、正極上に、炭酸エチレン（ＥＣ）４２．５重量部、炭酸プロピレン（ＰＣ）４２．５重量部及びＬｉＰＦ₆１５重量部からなる可塑剤３０重量部に、重量平均分子量Ｍｗ６０万のポリ（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）を１０重量部、そして炭酸ジエチルを６０重量部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、除去した。
【００６１】
そして、上述して作製した負極及び正極に対してアルミニウムからなる正極端子リード、及びニッケルからなる負極端子リードをそれぞれ溶接した後、負極と正極とをそれぞれの活物質層が電解質層を介して対向するように積層して電池素子３を作製した。この電池素子をラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６２】
実施例２
正極を負極に比して小さく、具体的には図３に示す如く、負極の端部が正極の端部よりも内側に来る形状に電極を作製し、負極と同様正極の未塗布部も１ｍｍとする以外、上述した実施例と同様に作製した。
【００６３】
比較例１
負極及び正極は、実施例１と同様の組成のものを使用し、その他は以下のようにして作製した。
【００６４】
まず、図１０に示すように、負極３１と正極３２、及びこれら負極３１と正極３２との間に介在させる多孔質膜（架橋ポリマーシート）３３を積層させた状態で、所定の電極形状に裁断する。そして、多孔質膜３３に電解質溶液を含浸させて膨張させ、負極３１と正極３２の活物質層３１ａ，３２ａの切断面が膨張してはみ出した電解質で覆われるにして電池素子３０を作製した。なお、この比較例１のサンプル電池においては、活物質層３１ａ，３２ａの切断面を覆う電解質の厚さは０．５ｍｍである。
【００６５】
上述したように作製された電池素子３０を実施例１と同様にラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６６】
比較例２
負極、正極及びゲル状電解質（電解質層）は、実施例１と同様の組成のものを使用し、その他は以下のようにして作製した。
【００６７】
まず、電極集電体となる金属箔原反上に活物質層と電解質層とを形成した後に所定の電極形状に裁断した負極４１と正極４２とを、図１１に示すように、それぞれの電解質層４１ａ，４２ａを挟んで互いの活物質層４１ｂ，４２ｂが対向するように積層し、電池素子４０を作製した。
【００６８】
上述したように作製された電池素子４０を実施例１と同様にラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６９】
上述したような構成のサンプル電池を各実施例、比較例についてそれぞれ５０個ずつ作製し、充放電を行って内部ショートの発生の有無を調べた。この結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】

【００７１】
表１に示すように、各比較例の方が、各実施例に比べて、内部ショートを起こしたサンプル電池を多く確認することができた。
【００７２】
比較例１においては、活物質層３１ａ，３２ａの切断面を電解質で覆ってはいるものの、電池素子３０の作成段階で切断面を被覆する電解質が設けられる前に活物質層３１ａ，３２ａが裁断されるため、この裁断時に脱落した活物質により内部ショートが発生している。
【００７３】
また、比較例２においては、活物質層４１ｂ，４２ｂの切断面が露出しているため、比較例１よりも活物質の脱落しやすく、内部ショートも多数発生している。
【００７４】
これに対し、実施例１及び実施例２においては、活物質層を電極集電体に比して小さく形成することで活物質層を裁断せずに電池素子を作製するとともに、活物質層が電解質層により覆われている。このため、活物質層からの活物質の脱落が無く、この活物質の脱落による内部ショートが防止されている。なお、実施例２において１個のサンプル電池に内部ショートが発生しているのは、原反シートからの切り抜きの際に生じた負極集電体のバリが正極集電体に接触したためである。
【００７５】
以上から、実施例１及び実施例２のように活物質層を電極集電体に比して小さく形成することで電池電極作製の際に活物質層を裁断しないようにすること、及び活物質層全体を電解質層で覆うようにすることで、活物質層の脱落による電池の内部ショートの発生を有効に防止し得ると判断できる。
【００７６】
また、負極と正極との集電体同士が接触して生じる内部ショートの発生を防止するには、実施例１の如く正極を負極に比して大きく形成し、正極の縁部を負極の全周に亘ってはみ出すようにして電池素子を形成することが望ましい。
【００７７】
【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、電解質層の外周縁を電極集電体の外周縁よりも後退した位置にくるように形成することで、電極集電体を所定の形状に切り抜く際に、活物質層を切断せずに負極及び正極を作製することができる。また、本発明に係る非水電解質電池では、負極活物質層及び正極活物質層の周囲において、負極集電体上の負極合剤及び正極集電体の正極合剤が塗布されていない未塗布部を設け、この未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるようにする。また、本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部が設けられ、電極集電体上に形成された活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって被覆される。このような本発明に係る非水電解質電池によれば、活物質層からの活物質の脱落を有効に防ぐことができ、内部ショートの発生による電池の故障を防止して、電池の品質、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リチウムイオン二次電池の斜視図である。
【図２】リチウムイオン二次電池の図１中Ａ−Ａ線で切断した状態を示す縦断面図である。
【図３】負極と正極とが積層された電池素子の縦断面図である。
【図４】負極の斜視図である。
【図５】電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図６】他の電池素子の縦断面図である。
【図７】他の電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図８】リチウムイオン二次電池の製造工程を説明する図であり、銅箔のシート状原反に活物質層を形成した状態を示す要部斜視図である。
【図９】リチウムイオン二次電池の製造工程を説明する図であり、シート状原反から切り抜いた状態を示す斜視図である。
【図１０】比較例１に使用した電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図１１】比較例２に使用した電池素子の縦断面図である。
【符号の説明】
１リチウムイオン二次電池，２電池素子，３外装材，４負極端子リード，５正極端子リード，１１負極，１２負極集電体，１３活物質層，１４電解質層，１５未塗布部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery in which a battery element is housed in a packaging material made of a laminate film, and more particularly to an improvement in the structure of a battery element electrode in a gel electrolyte battery, a solid electrolyte battery, or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many portable electronic devices such as camera-integrated video tape recorders, portable telephones, portable personal computers, and the like have appeared, and their size and weight have been reduced. As a driving power source for these portable electronic devices, batteries, particularly secondary batteries, and particularly non-aqueous electrolyte secondary batteries (so-called lithium ion secondary batteries), are lightweight, thin, and highly flexible in shape. Research and development is actively underway.
[0003]
As electrolytes used in batteries as described above, solid electrolytes are actively researched, especially gel electrolytes that are solid electrolytes containing plasticizers, and high electrolytes in which lithium salts are dissolved in polymers. Molecular solid electrolytes are attracting attention. In a battery using such a solid electrolyte, there is no risk of leakage of the electrolyte. Therefore, a plastic film or a so-called laminate film in which plastic and metal are laminated is used as an exterior material, and a battery element is provided in the laminate film. By encapsulating, it is possible to achieve a reduction in thickness, weight, and improvement in the degree of freedom of shape.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a non-aqueous electrolyte battery such as a non-aqueous electrolyte secondary battery, the space in the portable electronic device can be effectively utilized by taking advantage of the above-described advantages of being thin and light and having a high degree of freedom in shape. There are various spaces that can be formed in such portable devices, and accordingly, non-aqueous electrolyte batteries are required to cope with various shapes, and the shapes of electrodes constituting the battery elements are also complicated.
[0005]
In a conventional non-aqueous electrolyte battery, an active material layer and an electrolyte layer are coated on a raw material of a metal foil serving as an electrode current collector, and then cut into a predetermined shape by punching using a mold or the like. The negative electrode and positive electrode which comprise a battery element are produced. In the negative electrode and the positive electrode thus manufactured, the active material layer and the electrolyte layer formed on the electrode current collector are cut together with the electrode current collector, so that the cut surface of the active material layer is exposed. In the conventional non-aqueous electrolyte battery, the active material is dropped from the cut surface of the active material layer, causing a failure of the battery such as an internal short circuit, and reducing the quality of the battery itself.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery that is improved in quality and safety by preventing the active material from falling off from the battery electrode constituting the battery element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The nonaqueous electrolyte battery according to the present invention having the above-described object includes an electrode current collector, an active material layer formed by applying an electrode material on the electrode current collector, and a matrix polymer on the active material layer. A battery element having a negative electrode and a positive electrode having a gel electrolyte made of a polymer composite in which an electrolyte is mixed therein or an electrolyte layer formed of a solid electrolyte,In each of the negative electrode and the positive electrode,The outer peripheral edge of the active material layer is recessed from the outer peripheral edge of the electrode current collector.,Active material layerSurroundingsIn negative electrode mixtureOr cathode mixIs provided with an uncoated portion where no coating is applied, and the width of the uncoated portion is 0.1 mm to 2 mm,One end of the electrode current collector has a lead attachment part to which an electrode lead terminal is attached,Active material layer outer peripheral end faceIncluding the whole and unapplied parts excluding lead mounting partsCovered by an electrolyte layer.
[0008]
  The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention having the above-described configuration is formed by cutting the electrode current collector into a predetermined shape by forming the outer peripheral edge of the electrolyte layer so as to recede from the outer peripheral edge of the electrode current collector. The negative electrode and the positive electrode are produced without cutting the active material layer. In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the negative electrode active material layerAnd positive electrode active material layerofSurroundingsOn the negative electrode current collectorofNegative electrode mixtureAnd positive electrode mixture of positive electrode current collectorAn uncoated portion where no coating is applied is provided, and the width of the uncoated portion is set to 0.1 mm to 2 mm. Moreover, the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention isOne end of the electrode current collector is provided with a lead attachment part to which an electrode lead terminal is attached,The outer peripheral end surface of the active material layer formed on the electrode current collectorIncluding the whole and unapplied parts excluding lead mounting partsCovered by an electrolyte layer. According to such a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, it is possible to effectively prevent the active material from falling off the active material layer, to prevent battery failure due to the occurrence of an internal short circuit, and to improve battery quality and safety. Improve sexiness.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The lithium ion secondary battery according to the present invention is, for example, a solid electrolyte battery or a gel electrolyte battery.
[0010]
Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 1 is a 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. An element 2 and an exterior material 3 formed by folding a sheet-like laminate film into two are provided. In the lithium ion secondary battery 1, a battery element 2 is accommodated in an exterior material 3, and the battery element 3 is sealed by thermally welding the periphery of the exterior material 3.
[0011]
  As shown in FIG. 3, the battery element 2 is configured by laminating a negative electrode 11 and a positive electrode 21. As shown in FIG. 4, the negative electrode 11 is an active material in which a negative electrode mixture is applied onto a negative electrode current collector 12 so that the outer peripheral edge is located at a position retreated from the outer peripheral edge of the negative electrode current collector 12. A layer 13 and an electrolyte layer 14 formed by applying a gel polymer so as to cover the outer peripheral end face of the active material layer 13 are formed. The negative electrode 11 is a lead to which a negative electrode terminal lead 4 to be described later is attached.

Mounting

A portion 16 is provided.
[0012]
As described above, in the negative electrode 11, the outer peripheral edge of the active material layer 13 is applied so as to recede from the outer peripheral edge of the negative electrode current collector 12, so that the negative electrode extends around the active material layer 13. An unapplied portion 15 where no mixture is applied is provided. The uncoated portion 15 is an active material applied and formed on the copper foil when the negative electrode 11 described later is cut into a predetermined shape from the sheet-like copper foil that is the raw material of the negative electrode current collector 12. It is possible to prevent the active material from falling off and peeling off from the material layer 13 and to prevent battery failure such as internal short circuit.
[0013]
In the negative electrode 11, the negative electrode mixture is applied so that the width dimension x of the unapplied portion 15 described above is 0.1 mm to 2 mm, preferably 0.5 mm to 1 mm. When the width of the uncoated portion 15 is less than 0.1 mm, the active material that causes the internal short circuit described above cannot be effectively prevented from falling off and peeling, and when the width of the uncoated portion 15 is larger than 2 mm, the battery The dead space of the element 2 increases and the battery capacity per volume decreases. The negative electrode 11 does not need to be uniform over the entire circumference of the uncoated portion 15 as long as the width dimension x is within the above-described dimension range.
[0014]
Moreover, since the whole negative electrode 11 including the outer peripheral end surface of the active material layer 12 is covered with the electrolyte layer 13, it is possible to further prevent the active material from dropping and peeling, and to prevent battery failure such as an internal short circuit. .
[0015]
The positive electrode 12 has the same configuration as the negative electrode 11 described above. That is, the positive electrode 21 includes an active material layer 23 in which a positive electrode mixture is applied on the positive electrode current collector 22 so that the outer peripheral edge is located at a position recessed from the outer peripheral edge of the positive electrode current collector 22. An electrolyte layer 24 is formed by applying a gel polymer so as to cover the entire surface including the outer peripheral end face of the active material layer 23. Further, the positive electrode 12 is provided with an uncoated portion 25 around the active material layer 23 and a lead attachment portion 26 to which a positive electrode lead terminal 5 described later is attached.
[0016]
In the battery element 2, from the viewpoint of the principle and safety of the nonaqueous electrolyte battery, the positive electrode 21 is usually formed smaller than the negative electrode 11, as shown in FIG. However, in terms of the brittleness of the applied active material layer, the active material layer 23 of the positive electrode 21 is weaker than the active material layer 13 of the negative electrode 11. Further, the positive electrode 21 is usually made of an aluminum foil as a metal foil as a current collector, and a burr 22a generated on a cut surface when the sheet is cut out from a sheet-like raw fabric has a negative electrode 11 as shown in FIG. It tends to be larger than the burr 12a generated on the cut surface of the copper foil as the current collector. For this reason, the burr | flash which generate | occur | produced in the electrical power collector of the positive electrode 21 may penetrate the electrolyte layers 14 and 24, may contact the negative electrode electrical power collector 12 located outside the positive electrode 21, and an internal short circuit may generate | occur | produce.
[0017]
For the reasons described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the positive electrode current collector 22 constituting the positive electrode 21 is larger than the shape of the negative electrode 11, specifically, the edge of the positive electrode 21 over the entire circumference thereof. You may form so that a part may protrude from the edge of the negative electrode 11. FIG. Thus, by forming the positive electrode current collector 22 larger than the negative electrode 11, it becomes difficult for the burrs of the positive electrode current collector 22 to touch the negative electrode current collector 12, and the electrolyte layer for preventing the active material from dropping and peeling. Since the amount of 24 can also be increased, the effect of preventing failure of the battery such as an internal short circuit is improved, and the lithium ion secondary battery 1 with high safety can be manufactured.
[0018]
At this time, the positive electrode 21 is desirably formed so that the differential dimension y with respect to the negative electrode 11 is 0.1 mm to 0.5 mm. In the lithium ion secondary battery 1, if the amount of the positive electrode 21 protruding from the negative electrode 11 is less than 0.1 mm, an internal short circuit cannot be effectively prevented, and if it is larger than 0.5 mm, the unit volume The battery capacity per hit decreases. The positive electrode 21 does not have to be uniform over the entire circumference as long as the difference dimension y from the negative electrode 11 protruding from the negative electrode 11 is within the range of the dimensions described above.
[0019]
The battery element 2 is provided with a negative electrode terminal lead 4 electrically connected to the negative electrode constituting the battery element 2 and a positive electrode terminal lead 5 electrically connected to the positive electrode. The negative terminal lead 4 and the positive terminal lead 5 are drawn out of the exterior material 3 and are electrically connected to a device body such as a portable electronic device using the lithium ion secondary battery 1 as a driving power source.
[0020]
The negative electrode terminal lead 4 and the positive electrode terminal lead 5 are bonded to respective current collectors constituting the negative electrode and the positive electrode, which are not shown in detail, and the negative electrode terminal lead is made of copper, nickel, or an alloy thereof. Can be used. Examples of the positive electrode terminal lead include those that do not melt at a high potential, such as aluminum, titanium, or alloys thereof.
[0021]
In the battery element 2, a solid electrolyte containing no solvent can be used as the solid electrolyte.
[0022]
As a solid electrolyte not containing a solvent, a polymer solid electrolyte using an ion conductive polymer, an ion conductive ceramic, an inorganic solid electrolyte using ion conductive glass, or the like can be used.
[0023]
For example, in order to form a polymer solid electrolyte, a polymer composite in which an electrolyte is compatible in a polymer matrix having an ether bond represented by polyethylene oxide can be used. At this time, as an electrolyte, an electrolyte used for a normal battery electrolyte can be used, and LiPF₆, LiBF_Four, LiAsF₆LiClO_Four, LiCF_ThreeSO_Three, LiN (SO₂CF_Three)₂, LiC (SO₂CF_Three)_ThreeLiAlCl_Four, LiSiF₆Lithium salts such as can be used.
[0024]
The polymer matrix is not only a linear polymer such as polyethylene oxide, but also a comb polymer having a side chain structure, or an inorganic polymer such as a siloxane structure or polyphosphazene structure in the main chain. Those having a structure can also be used, but the present invention is not limited to these.
[0025]
Or it is also possible to set it as a normal gel electrolyte battery. For example, in the case of a gel electrolyte battery, polymer materials used for the gel electrolyte include silicon gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyphosphazene modified polymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and composite polymers and crosslinks thereof. Polymers, modified polymers, etc., or fluoropolymers such as poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly (vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene), poly (vinylidene fluoro) Ride-co-trifluoroethylene) and mixtures thereof and various mixtures thereof can be used, but of course not limited thereto.
[0026]
For the solid electrolyte or gel electrolyte laminated on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, a solution comprising 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 the 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 crosslinked system, it is then solidified by crosslinking with light or heat.
[0027]
The gel electrolyte is composed of a plasticizer containing a lithium salt and a matrix polymer of 2 wt% to 30 wt%. At this time, esters, ethers, carbonates and the like can be used alone or as one component of a plasticizer.
[0028]
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 a fluorine-based polymer such as poly (vinylidene fluoride) or poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).
[0029]
The polymer solid electrolyte is composed of a lithium salt and a polymer compound that dissolves the lithium salt. Examples of the polymer compound include ether polymers such as poly (ethylene oxide) and cross-linked polymers, poly (methacrylate) esters, and acrylates. Fluorine polymers such as poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) can be used singly or in combination. For example, poly (vinylidene) can be used because of redox stability. Fluoropolymers such as (fluoride) and poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) are preferably used.
[0030]
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. Examples of the lithium compound (salt) include the following. However, it is not limited to these.
[0031]
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 (trifluoro) Lomethanesulfonyl) imidolithium, LiAsF₆, LiCF_ThreeSO_Three, LiC (SO₂CF_Three)_ThreeLiAlCl_Four, LiSiF₆Etc.
[0032]
These lithium compounds may be used alone or in combination, and among them, LiPF₆, LiBF_FourIs desirable from the viewpoint of oxidation stability.
[0033]
As a concentration for dissolving the lithium salt, a gel electrolyte can be used at 0.1 to 3.0 mol in the plasticizer, but preferably 0.5 to 2.0 mol / liter.
[0034]
As the negative electrode of the lithium ion secondary battery 1, a material capable of doping and dedoping lithium can be used as the negative electrode active material. As a constituent material of such a negative electrode, for example, a non-graphitizable carbon material or a carbon material such as a graphite material can be used. More specifically, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies (phenolic resin, furan resin, etc.) at an appropriate temperature. Carbon materials such as those obtained by firing and carbonization), carbon fibers, activated carbon, and the like can be used. Other materials that can be doped and dedoped with lithium include polymers such as polyacetylene and polypyrrole, and SnO.₂Oxides such as these can also be used. In forming a negative electrode using such a negative electrode active material, a known binder or the like can be added.
[0035]
In addition, a metal foil, such as a copper foil, is used for the negative electrode of the lithium ion secondary battery 1 as an electrode current collector to which the negative electrode mixture prepared from the above-described material is applied.
[0036]
The positive electrode 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, the positive electrode active material is TiS.₂, MoS₂, NbSe₂, V₂O_FiveLithium-free metal sulfides or oxides such as LiMO₂(Wherein M represents one or more transition metals, and x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually 0.05 or more and 1.10 or less), etc. it can. As the transition metal M constituting this lithium composite oxide, Co, Ni, Mn and the like are preferable. A specific example of such a lithium composite oxide is LiCoO.₂, LiNiO₂, LiNi_yCo_1-yO₂(Where 0 <y <1), LiMn₂O_FourEtc. 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. Moreover, when forming a positive electrode using the above positive electrode active material, a well-known electrically conductive agent, a binder, etc. can be added.
[0037]
In addition, a metal foil, such as an aluminum foil, is used for the positive electrode of the lithium ion secondary battery 1 as an electrode current collector to which the positive electrode mixture prepared with the above-described material is applied.
[0038]
In addition, the lithium ion secondary battery 1 has a battery element 2 having a structure in which the positive electrode and the negative electrode are stacked with a solid electrolyte sandwiched between the stacked type described above, and the winding type is wound up. Examples include a folding type in which electrolytes are stacked and alternately folded, and can be arbitrarily selected.
[0039]
For the exterior material 3, for example, a heat-seal type sheet-like laminate film composed of three layers of an exterior protective layer, an aluminum layer, and a heat welding layer (lamination innermost layer) is used. The heat-welded layer is intended to be sealed by heat welding when sealing the battery element, and a plastic film is used. For the plastic film, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, or the like is used, but any material may be used as long as it is a thermoplastic plastic material.
[0040]
The present invention can be applied to both a primary battery and a secondary battery. In particular, the non-aqueous electrolyte 2 such as the above-described lithium ion secondary battery 1 or a lithium secondary battery using lithium metal as a negative electrode material is used. By applying to the secondary battery, a great effect can be obtained.
[0041]
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery 1 mentioned above is demonstrated below.
[0042]
First, in the lithium ion secondary battery 1, the negative electrode and positive electrode which comprise the battery element 2 are manufactured.
[0043]
As shown in FIG. 8, the negative electrode is applied with an active material layer in which an active material layer 13 is formed by applying a negative electrode mixture prepared in a slurry form on a copper foil raw sheet 12 </ b> A to be a negative electrode current collector 12. A process is performed. In the active material layer 13, for example, a negative electrode mixture is intermittently applied at predetermined intervals on the raw sheet 12 A of the negative electrode current collector 12 using a coating device such as a die coater, and then the applied negative electrode mixture is dried. Compressed with a roll press or the like.
[0044]
Next, a cutting process is performed in which the negative electrode current collector 12 is cut into a predetermined electrode shape from the raw sheet 12A on which the active material layer 13 is formed in the above-described active material coating process. In the cutting process, along the dotted line shown in FIG. 8, that is, the position where the outer peripheral edge of the active material layer 13 recedes from the outer peripheral edge of the negative electrode current collector 12 so that the negative electrode current collector 12 has an uncoated portion 15. It is cut out to come to. In the cutting process, the negative electrode current collector 12 is cut out from the raw sheet 12A by a method such as pressing using a mold corresponding to a predetermined electrode shape or laser cutting.
[0045]
Then, a gel polymer is applied on the negative electrode current collector 12 cut into the shape shown in FIG. 9 and the active material layer 13 formed on the negative electrode current collector 12 to form the electrolyte layer 13. A polymer coating process is performed. In the polymer application step, the gel polymer is applied so as to cover the entire surface including the outer peripheral end face of the active material layer 12 formed on the negative electrode current collector 12, and the electrolyte layer covering the entire active material layer 13 as shown in FIG. Is formed.
[0046]
Moreover, although a detailed illustration is omitted, the positive electrode is manufactured through the same process as the negative electrode 11 described above. That is, an active material coating process for forming an active material layer on an aluminum foil raw sheet serving as a positive electrode current collector, and a cutting process for cutting the aluminum foil original sheet on which the active material layer is formed into a predetermined electrode shape After that, a polymer coating process for forming a denatured layer is performed to produce a positive electrode.
[0047]
In preparing the negative electrode 11 and the positive electrode 21 described above, the electrolyte layer was formed after cutting into a predetermined electrode shape. However, after forming the electrolyte layer by applying a gel polymer, cutting into the predetermined electrode shape was performed. Also good.
[0048]
In the lithium ion secondary battery 1, the negative electrode and the positive electrode manufactured as described above are stacked so that the active material layers 12 face each other to form the battery element 2. In the lithium ion secondary battery 1, a battery element 2 formed by laminating a negative electrode and a positive electrode is accommodated in an exterior material 3, and the battery element 3 is sealed by thermally welding the periphery of the exterior material 3. To complete.
[0049]
【Example】
Next, specific examples and comparative examples of the present invention will be described based on experimental results.
[0050]
First, as shown below, a sample battery of an example and a sample battery of a comparative example were manufactured.
[0051]
Example 1
First, a negative electrode was produced as follows.
[0052]
90 parts by weight of the pulverized graphite powder and 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a binder were mixed to prepare a negative electrode mixture, and this was further mixed with N-methyl-2- Dispersed in pyrrolidone to form a slurry.
[0053]
Then, this slurry-like negative electrode mixture is uniformly applied to one side of a 10 μm-thick strip-shaped copper foil, which is a negative electrode current collector, so that the uncoated portion becomes 1 mm, dried, and compression-molded with a roll press. And it cut out to the predetermined shape and produced the negative electrode.
[0054]
On the other hand, the positive electrode was produced as follows.
[0055]
LiCoO used as positive electrode active material₂In order to obtain the above, lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed at a ratio of 0.5 mol to 1 mol, and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours.
[0056]
LiCoO obtained by the method described above₂Was mixed with 91 parts by weight of graphite, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) as a binder, to prepare a positive electrode mixture, which was further mixed with N-methyl. Dispersed in -2-pyrrolidone to form a slurry.
[0057]
And this slurry-like positive electrode mixture is uniformly applied to one side of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, compression-molded with a roll press, and cut into a predetermined shape to produce a positive electrode did.
[0058]
At this time, the positive electrode was larger than the negative electrode, and specifically, the battery was manufactured such that the difference dimension y between the edge of the positive electrode and the edge of the negative electrode was 0.5 mm as in the battery element 3 shown in FIG. .
[0059]
Furthermore, a gel electrolyte (electrolyte layer) was obtained as follows.
[0060]
42.5 parts by weight of ethylene carbonate (EC), 42.5 parts by weight of propylene carbonate (PC) and LiPF are formed on the negative electrode and the positive electrode on which the active material layer is formed and laser-cut into a predetermined shape.₆A uniform solution of 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) having a weight average molecular weight Mw of 600,000 and 60 parts by weight of diethyl carbonate in 30 parts by weight of a plasticizer consisting of 15 parts by weight It was applied, impregnated, and allowed to stand at room temperature for 8 hours to vaporize and remove dimethyl carbonate.
[0061]
And after welding the positive electrode terminal lead which consists of aluminum, and the negative electrode terminal lead which consists of nickel with respect to the negative electrode and positive electrode which were produced above, each negative electrode and a positive electrode face each other through an electrolyte layer Thus, the battery element 3 was produced by stacking as described. This battery element was housed in an outer packaging material made of a laminate film, and the outer peripheral portion thereof was heat-sealed with a sealing machine at a seal width of 5 mm for 10 seconds under a temperature condition of 200 ° C. to prepare a sample battery.
[0062]
Example 2
The positive electrode is made smaller than the negative electrode, specifically, as shown in FIG. 3, the electrode is prepared in such a shape that the end of the negative electrode is inward of the end of the positive electrode. Other than the above, it was fabricated in the same manner as in the above-described example.
[0063]
Comparative Example 1
A negative electrode and a positive electrode having the same composition as in Example 1 were used, and the others were produced as follows.
[0064]
First, as shown in FIG. 10, a negative electrode 31 and a positive electrode 32, and a porous film (crosslinked polymer sheet) 33 interposed between the negative electrode 31 and the positive electrode 32 are laminated and cut into a predetermined electrode shape. To do. Then, the porous membrane 33 was impregnated with an electrolyte solution and expanded, and the cut surfaces of the

active material layers

31a and 32a of the negative electrode 31 and the positive electrode 32 were expanded and covered with the protruding electrolyte, so that the battery element 30 was manufactured. In the sample battery of Comparative Example 1, the thickness of the electrolyte covering the cut surfaces of the

active material layers

31a and 32a is 0.5 mm.
[0065]
The battery element 30 produced as described above is housed in an outer packaging material made of a laminate film in the same manner as in Example 1, and the outer peripheral portion is heated at a seal width of 5 mm by a sealing machine for 10 seconds at a temperature of 200 ° C. A sample battery was fabricated by fusing.
[0066]
Comparative Example 2
The negative electrode, the positive electrode, and the gel electrolyte (electrolyte layer) having the same composition as in Example 1 were used, and the others were produced as follows.
[0067]
First, as shown in FIG. 11, the negative electrode 41 and the positive electrode 42, which are cut into a predetermined electrode shape after forming an active material layer and an electrolyte layer on a metal foil raw sheet to be an electrode current collector, are respectively shown in FIG. The battery elements 40 were fabricated by stacking the

layers

41a and 42a so that the active material layers 41b and 42b face each other.
[0068]
The battery element 40 manufactured as described above is housed in an outer packaging material made of a laminate film in the same manner as in Example 1, and the outer peripheral portion is heated for 10 seconds under a temperature condition of 200 ° C. with a sealing machine with a seal width of 5 mm. A sample battery was fabricated by fusing.
[0069]
Fifty sample batteries having the above-described configuration were prepared for each of the examples and comparative examples, and charging / discharging was performed to examine whether or not an internal short circuit occurred. The results are shown in Table 1.
[0070]
[Table 1]

[0071]
As shown in Table 1, in each comparative example, it was possible to confirm more sample batteries that caused an internal short circuit than in each example.
[0072]
In Comparative Example 1, although the cut surfaces of the

active material layers

31a and 32a are covered with the electrolyte, the

active material layers

31a and 32a are cut before the electrolyte for covering the cut surfaces is provided in the production stage of the battery element 30. Therefore, an internal short circuit occurs due to the active material that has fallen off during the cutting.
[0073]
Further, in Comparative Example 2, since the cut surfaces of the active material layers 41b and 42b are exposed, the active material is more easily dropped than in Comparative Example 1, and many internal shorts are generated.
[0074]
On the other hand, in Example 1 and Example 2, while forming a battery element without cutting an active material layer by forming an active material layer smaller than an electrode current collector, an active material layer It is covered with an electrolyte layer. For this reason, there is no dropout of the active material from the active material layer, and an internal short circuit due to the dropout of the active material is prevented. In Example 2, the internal short circuit occurred in one sample battery because the burrs of the negative electrode current collector generated when the sample battery was cut out from the original fabric sheet contacted the positive electrode current collector.
[0075]
As described above, the active material layer is formed smaller than the electrode current collector as in Example 1 and Example 2, so that the active material layer is not cut when the battery electrode is manufactured, and the active material By covering the entire layer with the electrolyte layer, it can be determined that the occurrence of an internal short circuit of the battery due to the dropping of the active material layer can be effectively prevented.
[0076]
Further, in order to prevent the occurrence of an internal short circuit that occurs when the current collectors of the negative electrode and the positive electrode come into contact with each other, the positive electrode is formed larger than the negative electrode as in Example 1, and the edge of the positive electrode is formed on the entire negative electrode. It is desirable to form the battery element so as to protrude over the circumference.
[0077]
【The invention's effect】
As described above in detail, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention forms the electrode current collector by forming the outer peripheral edge of the electrolyte layer at a position that is recessed from the outer peripheral edge of the electrode current collector. When cutting into a predetermined shape, the negative electrode and the positive electrode can be produced without cutting the active material layer. In the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the negative electrode active material layerAnd positive electrode active material layerofSurroundingsOn the negative electrode current collectorofNegative electrode mixtureAnd positive electrode mixture of positive electrode current collectorAn uncoated portion where no coating is applied is provided, and the width of the uncoated portion is set to 0.1 mm to 2 mm. Moreover, the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention isOne end of the electrode current collector is provided with a lead attachment part to which an electrode lead terminal is attached,The outer peripheral end surface of the active material layer formed on the electrode current collectorIncluding the whole and unapplied parts excluding lead mounting partsCovered by an electrolyte layer. According to such a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, it is possible to effectively prevent the active material from falling off the active material layer, to prevent battery failure due to the occurrence of an internal short circuit, and to improve battery quality and safety. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a lithium ion secondary battery.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state of the lithium ion secondary battery cut along line AA in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a battery element in which a negative electrode and a positive electrode are stacked.
FIG. 4 is a perspective view of a negative electrode.
FIG. 5 is an enlarged vertical sectional view of a main part of the battery element.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of another battery element.
FIG. 7 is an enlarged vertical sectional view of a main part of another battery element.
FIG. 8 is a diagram for explaining a manufacturing process of a lithium ion secondary battery, and is a main part perspective view showing a state in which an active material layer is formed on a sheet-like raw sheet of copper foil.
FIG. 9 is a diagram for explaining a manufacturing process of the lithium ion secondary battery, and is a perspective view showing a state where the lithium ion secondary battery is cut out from the sheet-like original fabric.
10 is an enlarged vertical cross-sectional view of the main part of the battery element used in Comparative Example 1. FIG.
11 is a longitudinal sectional view of a battery element used in Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery, 2 Battery element, 3 Exterior material, 4 Negative terminal lead, 5 Positive terminal lead, 11 Negative electrode, 12 Negative electrode collector, 13 Active material layer, 14 Electrolyte layer, 15 Uncoated part

Claims

An electrode current collector, an active material layer formed by applying an electrode material on the electrode current collector, and a polymer composite in which an electrolyte is dissolved in a matrix polymer on the active material layer A battery element having a negative electrode and a positive electrode having a gel electrolyte or an electrolyte layer formed of a solid electrolyte,
In each of the negative electrode and the positive electrode, the outer peripheral edge of the active material layer recedes from the outer peripheral edge of the electrode current collector, and a negative electrode mixture or a positive electrode mixture is applied around the active material layer. A non-applied part is provided, and the width of the non-applied part is 0.1 mm to 2 mm,
One end of the electrode current collector has a lead attachment portion to which an electrode lead terminal is attached,
The non-aqueous electrolyte battery in which the whole including the outer peripheral end face of the active material layer and the uncoated part excluding the lead attachment part are covered with the electrolyte layer.

Examples of the polymer include silicon gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyphosphazene modified polymer, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and composite polymers, cross-linked polymers, modified polymers, and poly (vinylidene fluoride) of fluorine-based polymers. The poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly (vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene), poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) and mixtures thereof. Non-aqueous electrolyte battery.

The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the battery element is configured by laminating the negative electrode and the positive electrode having the electrode current collector having a larger outer shape than the negative electrode.

The nonaqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the polymer is poly (vinylidene fluoride) or poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene).