JP4809996B2

JP4809996B2 - battery

Info

Publication number: JP4809996B2
Application number: JP2001137592A
Authority: JP
Inventors: 宏幸平間; 健司清宮
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: JP2002334689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極電極と負極電極をセパレータを介して巻回した電池要素を用いた電池に関するものであり、特にリチウムイオン電池等の非水溶媒電解液電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巻回型の電池要素を用いた電池は、帯状の集電体上に活物質含有スラリーを塗布して形成した正極電極および負極電極を、セパレータ／負極電極／セパレータ／正極電極の順に介して、正極電極を内側として巻回して電池要素を製造し、得られた電池要素を電池缶に収納したり、あるいは可撓性の外装材によって封口することが行われている。
リチウムイオン電池等の電池容量が大きな電池にあっては、電池の信頼性を高めることは極めて重要な課題である。巻回型あるいは積層型の電池要素のいずれを用いた電池においても、セパレータを介して正極電極と負極電極を配置した電池要素の製造において、確実に不良品を選別して排除して信頼性を高めることが要求されている。
【０００３】
図２は、巻回型の電池の製造工程を説明する図である。
図２（Ａ）は、巻回型の電池要素の作製方法を示す図であり、図２（Ｂ）は巻回によって製造した電池要素の側面図である。
巻回型の電池要素１は、第１セパレータ２、負極電極３、第２セパレータ４、正極電極５の順に、負極電極３および正極電極５の間にはセパレータが位置するように積層して巻回している。
【０００４】
リチウムイオン電池においては、負極電極を正極電極よりも大きくし、正極電極が対向する負極電極への投影部には必ず負極電極が存在するようにさせると共に、セパレータの幅を負極電極の幅よりも大きくし、対向する正極電極と負極電極とが短絡をしたり、あるいは巻回体の端面において隣接する正極電極と負極電極とが接触しないようにすることが不可欠である。
このために、負極電極３と正極電極５との間にセパレータが存在し、端面にも確実にセパレータが存在することを確認する工程が不可欠である。
【０００５】
リチウムイオン電池等の非水溶媒電解液を用いた電池においては、セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔性膜が用いられている。これらの膜は、延伸して成膜したフィルムに開裂等の方法によって微細な孔を形成したものであり、一般に乳白色を呈している。
したがって、図２（Ｂ）に示すように、巻回体のセパレータの折れ曲がり部６が存在する場合、あるいは電池要素の端部からセパレータにわずかな突出部７が存在し、その反対側には負極電極と正極電極が接触の可能性がある場合であっても、いずれのセパレータも乳白色であって同一の色を呈しているために、突出部を光学的な検出方法によって検出することは困難であった。このためセパレータの配置状態に問題がある場合にもそのまま組み立てられることがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池要素の組立時にセパレータの位置不良の検出が確実にでき、巻回型の電池要素におけるセパレータの巻ずれや、積層型の電池要素におけるセパレータのずれを電池缶等に収納する前に確実に確認して排除し、品質が優れた電池を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、正極電極と負極電極をセパレータを介して対向させた電池において、前記セパレータの少なくとも一枚は少なくとも一部分が色材によって着色されたものである電池によって解決することができる。
また、電解液が非水溶媒電解液である前記の電池である。
正極電極と負極電極を２枚のセパレータを配置して巻回した電池要素を有する前記の電池である。
平板状の正極電極と負極電極の間に平板状のセパレータを配置した積層型の電池要素である前記の電池である。
着色がセパレータの端部のみである前記の電池である。
セパレータの全面を着色した前記の電池である。
色材が、顔料または染料である前記の電池である。
【０００８】
また、正極電極と負極電極をセパレータを介して対向させた非水溶媒電解液を用いた電池の製造方法において、セパレータの少なくとも一枚は少なくとも一部分が色材によって着色されたものを配置して巻回型また積層型の電池要素を形成し、作製した電池要素の端部のセパレータの位置を光学的に検出してセパレータの位置ずれを検出する電池の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の電池は、少なくとも１枚のセパレータとして、少なくとも一部分を色材によって着色したセパレータを用いたことによって、セパレータの色の違いを利用してセパレータの位置ずれ等の検出を容易に行うことを可能としたものであり、電池組立工程においてセパレータの位置ずれが生じた電池要素を確実に排除することができ、高品質の電池を提供することを可能としたものである。
【００１０】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の電池を説明する図であり、電池要素を説明する斜視図である。
図１（Ａ）に示す巻回型の電池要素１は、第１セパレータ２、負極電極３、第２セパレータ４、正極電極５の順に配置し、負極電極３および正極電極５の間にはセパレータが位置するように積層して巻回されている。第１セパレータ２には全面に着色部８が形成された着色セパレータを使用している。
したがって、図１（Ｂ）に示すように、第１セパレータ２が電池要素の端面のいずれかからはみ出した突出部７があると、第１セパレータ２と第２セパレータ４との色の違いによって位置ずれの検出が容易となる。また第１セパレータ２が電池要素の最外周部において折れ曲がった場合にも折れ曲がり部６を容易に検出することが容易となる。
【００１１】
図１（Ｃ）は、電池要素１において、第１セパレータ２の幅方向の両端部のみに着色部８を形成した例を示すものである。
電池要素を作製した場合に着色部８は、電池要素の端部より容易に確認できることが必要であるが、セパレータの幅方向の端部が着色されていれば充分に目的を果たすことが可能である。
セパレータの着色によって実質的には、セパレータの特性は変化しないが、図１（Ｃ）に示すように、負極電極と正極電極との間に存在する部分には、色材が存在しないことが好ましいので、端部のみを着色することが好ましい。
以上のように少なくとも１枚のセパレータとして、少なくとも端部が色材による着色にされたセパレータを用いるならば、他のセパレータとの位置ずれの判別が容易となるので、目視、光学的な検出手段によって確実な検出が可能となり、電池要素の作製工程において、判別と排除が確実となる。
【００１２】
本発明の電池において、セパレータの着色に使用する着色剤としては、銅フタロシアニン、各種のアゾ顔料等の、青色、緑色、黄色等の顔料を挙げることができ、セパレータの作製時にポリエチレン、ポリプロピレン等の材料と共に、これらの顔料の少なくとも一種を混練することによってセパレータを着色することができる。
また、ポリオレフィン系の材料を用いたセパレータをグラフト処理、スルホンか処理等の処理を行った後に、カチオン染料、酸性染料等によって染色を行っても良い。着色する色は、任意であるが、赤系、あるいは青系とすることが識別性が良好であるので好ましい。
本発明の電池は、各種のリチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池等の非水溶媒電解液を用いた各種の密閉型電池に適用することができる。
【００１３】
リチウムイオン電池を例に挙げて説明すると、正極電極は帯状のアルミニウム箔に、Ｌｉ_xＭＯ₂（ただしＭは、少なくとも１の遷移金属を表す。）である複合酸化物、例えば、Ｌｉ_xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＮｉＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＭｎＯ₃、Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_(1-y)Ｏ₂などを、カーボンブラック等の導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した正極塗料が本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１４】
また、負極電極は、帯状の銅箔等の表面に、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン樹脂などを焼成した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性高分子材料をカーボンブラックなどの導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した負極塗布液を本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１５】
なお、負極電極にあっては、巻回して電池要素を作製した場合に片面が正極活物質層に対向しない部分にあっては、片面のみに負極活物質層を形成しても良い。
次いで、負極電極および正極電極に負極導電タブおよび正極導電タブを、超音波溶接、抵抗溶接等の方法によって接合した後に、着色したセパレータ、負極電極、着色していないセパレータ、正極電極の順に積層して巻回装置で巻回し、巻止めテープによって電池要素を固定した後に、扁平に成形することによって、電池要素を完成させる。
【００１６】
また、２枚のセパレータのうち、着色したセパレータと着色していないセパレータを用いる例について述べたが、いずれのセパレータにも着色したものを用いても良い。
得られた電池要素は、金属製の電池缶、あるいは可撓性の外装材によって封口して電池を製造することができるが、着色したセパレータとして、染料によって着色したセパレータは、親水性が大きくセパレータが吸水し易いので、充分に乾燥することが必要である。
【００１７】
以上の説明では、帯状の負極電極と正極電極をセパレータを介して巻回した巻回型の電池要素について説明したが、巻回型の電池要素に限らず、長方形又は正方形の平板状の負極電極と正極電極をそれらよりも大きなセパレータを介して多数積層した積層型の電池に適用しても良い。この場合には、着色したセパレータを一枚おきに使用したり、あるいは色の異なるセパレータを交互に使用することができ、多数の負極電極と正極電極をセパレータを介して積層した場合に、セパレータの位置ずれ等を容易に発見することが可能となる。
また、電池の製造工程では、様々な種類の電池が製造されるので、それらに対応して幅、厚さ等をはじめ、開孔径、開孔率等が異なるものが用いられるが、多種類のセパレータを着色することによって差別化するならば、製造時において特定のセパレータを間違いなく探し出すことが容易となるという特徴も有している。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の電池は、少なくとも１枚のセパレータを、少なくとも一部分が着色されたセパレータとしたので、巻回型、積層型のいずれの電池要素においても、セパレータの位置ずれ等による品質の不良の電池要素の発見と排除を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電池を説明する図であり、電池要素を説明する斜視図である。
【図２】図２は、巻回型の電池の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…電池要素、２…第１セパレータ、３…負極電極、４…第２セパレータ、５…正極電極、６…折れ曲がり部、７…突出部、８…着色部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery using a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are wound via a separator, and more particularly to a nonaqueous solvent electrolyte battery such as a lithium ion battery.
[0002]
[Prior art]
A battery using a wound battery element has a positive electrode and a negative electrode formed by applying an active material-containing slurry on a strip-shaped current collector in the order of separator / negative electrode / separator / positive electrode. A battery element is manufactured by winding the positive electrode inside, and the obtained battery element is stored in a battery can or sealed with a flexible exterior material.
In a battery having a large battery capacity such as a lithium ion battery, it is an extremely important issue to improve the reliability of the battery. Regardless of the battery using either a wound type or stacked type battery element, in manufacturing a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are arranged via a separator, it is possible to reliably select and eliminate defective products for reliability. There is a need to increase it.
[0003]
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a wound battery.
FIG. 2A is a view showing a method for manufacturing a wound battery element, and FIG. 2B is a side view of the battery element manufactured by winding.
The wound battery element 1 is laminated and wound in the order of the first separator 2, the negative electrode 3, the second separator 4, and the positive electrode 5 so that the separator is positioned between the negative electrode 3 and the positive electrode 5. It is turning.
[0004]
In a lithium ion battery, the negative electrode is made larger than the positive electrode, and the negative electrode is always present in the projected portion on the negative electrode facing the positive electrode, and the width of the separator is made larger than the width of the negative electrode. It is essential that the positive electrode and the negative electrode facing each other be short-circuited or that the adjacent positive electrode and negative electrode are not in contact with each other at the end face of the wound body.
For this reason, the process of confirming that a separator exists between the negative electrode 3 and the positive electrode 5 and that the separator exists reliably at the end face is indispensable.
[0005]
In a battery using a nonaqueous solvent electrolyte such as a lithium ion battery, a porous film such as polyethylene or polypropylene is used as a separator. These films are formed by forming fine pores in a stretched film by a method such as cleavage, and are generally milky white.
Therefore, as shown in FIG. 2 (B), when the bent part 6 of the separator of the wound body exists, or there is a slight protrusion 7 on the separator from the end of the battery element, the negative electrode is on the opposite side. Even if there is a possibility of contact between the electrode and the positive electrode, it is difficult to detect the protruding portion by an optical detection method because both separators are milky white and exhibit the same color. there were. For this reason, even when there is a problem in the arrangement state of the separator, it may be assembled as it is.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the present invention, it is possible to reliably detect the position of the separator when assembling the battery element, and before the separator of the winding type battery element or the separator of the stacked type battery element is stored in the battery can or the like. It is an object of the present invention to provide a battery with excellent quality by confirming and eliminating it.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention, in the battery where the positive electrode and the negative electrode are opposed through a separator, at least one of the separator can be solved by a battery in which at least a portion is colored by coloring material.
Moreover, it is the said battery whose electrolyte solution is nonaqueous solvent electrolyte solution.
The battery having a battery element in which a positive electrode and a negative electrode are wound with two separators disposed thereon.
The battery is a stacked battery element in which a flat separator is arranged between a flat positive electrode and a negative electrode.
In the battery, the coloring is only at the end of the separator.
It is the said battery which colored the whole surface of the separator.
In the battery, the colorant is a pigment or a dye.
[0008]
Further, in a battery manufacturing method using a non-aqueous solvent electrolyte in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween, at least one of the separators is wound with at least a portion colored with a coloring material. This is a battery manufacturing method in which a rotary or stacked battery element is formed, and the position of the separator at the end of the manufactured battery element is optically detected to detect a position shift of the separator.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The battery of the present invention uses a separator that is at least partially colored with a color material as at least one separator, thereby making it possible to easily detect the positional deviation of the separator by utilizing the color difference of the separator. Thus, the battery element in which the separator is displaced in the battery assembly process can be surely eliminated, and a high-quality battery can be provided.
[0010]
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a battery according to the present invention, and is a perspective view illustrating a battery element.
A wound battery element 1 shown in FIG. 1A is arranged in the order of a first separator 2, a negative electrode 3, a second separator 4, and a positive electrode 5, and a separator is interposed between the negative electrode 3 and the positive electrode 5. It is laminated and wound so that is located. As the first separator 2, a colored separator having a colored portion 8 formed on the entire surface is used.
Therefore, as shown in FIG. 1 (B), if the first separator 2 has a protruding portion 7 that protrudes from one of the end faces of the battery element, the position of the first separator 2 is different depending on the color of the second separator 4. Detection of deviation becomes easy. Moreover, even when the 1st separator 2 bends in the outermost periphery part of a battery element, it becomes easy to detect the bending part 6 easily.
[0011]
FIG. 1C shows an example in which colored portions 8 are formed only at both end portions in the width direction of the first separator 2 in the battery element 1.
When the battery element is produced, it is necessary that the colored portion 8 can be easily confirmed from the end portion of the battery element. However, if the end portion in the width direction of the separator is colored, the purpose can be sufficiently achieved. is there.
Although the characteristics of the separator are not substantially changed by the coloration of the separator, it is preferable that no colorant is present in a portion existing between the negative electrode and the positive electrode as shown in FIG. Therefore, it is preferable to color only the end portion.
As described above, if a separator having at least an end colored with a colorant is used as at least one separator, it is easy to determine misalignment with other separators. Thus, reliable detection is possible, and discrimination and exclusion are ensured in the battery element manufacturing process.
[0012]
In the battery of the present invention, examples of the colorant used for coloring the separator include copper, phthalocyanine, various azo pigments, and other pigments such as blue, green, and yellow. The separator can be colored by kneading at least one of these pigments together with the material.
Further, a separator using a polyolefin-based material may be dyed with a cationic dye, an acid dye, or the like after being subjected to a treatment such as grafting or sulfone treatment. The color to be colored is arbitrary, but red or blue is preferable because of good discrimination.
The battery of the present invention can be applied to various sealed batteries using a nonaqueous solvent electrolyte such as various lithium ion batteries and polymer lithium batteries.
[0013]
A lithium ion battery will be described as an example. A positive electrode is a strip-shaped aluminum foil, a complex oxide such as Li _x MO ₂ (where M represents at least one transition metal), for example, Li _x CoO _2. Li _x NiO ₂ , Li _x Mn ₂ O ₄ , Li _x MnO ₃ , Li _x Ni _y Co _(1-y ) O _2, etc., and conductive materials such as carbon black, polyvinylidene fluoride (PVDF) and the like. The prepared positive electrode paint obtained by dispersing and kneading the adhesive with a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is applied by the coating apparatus of the present invention. After the application on one side is finished, the opposite side is similarly applied after drying, and both sides are applied.
[0014]
In addition, the negative electrode can be doped and dedoped with lithium on the surface of a strip-shaped copper foil, etc., coke such as pyrolytic carbons, pitch coke, needle coke, petroleum coke, graphites, glassy carbons, Organic polymer compound fired bodies obtained by firing phenol resin, furan resin, etc., carbonaceous materials such as carbon fiber and activated carbon, conductive polymer materials such as polyacetylene and polypyrrole, conductive materials such as carbon black, polyvinylidene fluoride (PVDF) The negative electrode coating solution prepared by dispersing and kneading a binder such as N) with a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is applied by the coating apparatus of the present invention. After the application on one side is finished, the opposite side is similarly applied after drying, and both sides are applied.
[0015]
In the case of the negative electrode, when the battery element is wound by winding, the negative electrode active material layer may be formed only on one side in a portion where one side does not face the positive electrode active material layer.
Next, after joining the negative electrode conductive tab and the positive electrode conductive tab to the negative electrode and the positive electrode by a method such as ultrasonic welding and resistance welding, the colored separator, the negative electrode, the non-colored separator, and the positive electrode are stacked in this order. Then, the battery element is wound by a winding device, and the battery element is fixed by a winding tape, and then formed into a flat shape to complete the battery element.
[0016]
Moreover, although the example using the colored separator and the non-colored separator was described among two separators, you may use what was colored also in any separator.
The obtained battery element can be manufactured by sealing with a metal battery can or a flexible exterior material. However, as a colored separator, a separator colored with a dye has a large hydrophilicity. Since it is easy to absorb water, it is necessary to dry it sufficiently.
[0017]
In the above description, a wound battery element in which a strip-like negative electrode and a positive electrode are wound via a separator has been described. However, the present invention is not limited to a wound battery element, and a rectangular or square flat-plate negative electrode And a positive electrode may be applied to a stacked battery in which a large number of positive electrodes are stacked through separators larger than those. In this case, colored separators can be used every other sheet, or separators of different colors can be used alternately. When a large number of negative electrodes and positive electrodes are stacked via separators, It becomes possible to easily detect misalignment and the like.
Also, since various types of batteries are manufactured in the battery manufacturing process, those having different opening diameters, opening ratios, etc., including width, thickness, etc., are used correspondingly. If it is differentiated by coloring the separator, it also has a feature that it is easy to definitely find a specific separator at the time of manufacture.
[0018]
【The invention's effect】
In the battery of the present invention, since at least one separator is a separator colored at least in part, the battery element of poor quality due to the displacement of the separator or the like in any of the wound type and laminated type battery elements. Can be easily discovered and eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a battery according to the present invention, and is a perspective view illustrating a battery element.
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of a wound battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery element, 2 ... 1st separator, 3 ... Negative electrode, 4 ... 2nd separator, 5 ... Positive electrode, 6 ... Bending part, 7 ... Projection part, 8 ... Coloring part

Claims

A battery in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a separator, wherein at least one of the separators is at least partially colored with a coloring material.