JP4811983B2 - Winding electrode, manufacturing method thereof, and battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、捲回電極およびその製造方法、並びにそれを用いた電池に関する。 The present invention relates to a wound electrode, a method for manufacturing the same, and a battery using the same.
近年、携帯電話、PDA、ノートパソコン等のモバイル機器の重要性が高まるとともにそれに搭載される電池の重要性もますます増している。特に、環境への配慮から、繰り返し充電できる2次電池の重要性が増大している。2次電池は、自動車、電動自転車、家庭用電力貯蔵システム、または業務用電力貯蔵システム等への適用が検討されている。 In recent years, the importance of mobile devices such as mobile phones, PDAs and notebook computers has increased, and the importance of batteries mounted on them has also increased. In particular, due to environmental considerations, the importance of secondary batteries that can be repeatedly charged is increasing. Application of secondary batteries to automobiles, electric bicycles, household power storage systems, commercial power storage systems, and the like has been studied.
電池を構成する1対の帯状の電極(正極、負極)は、通常、金属箔の両面に、活物質とバインダーとを含む活物質層が形成された構造をしている。正極と負極との間、および負極の正極側の反対側にはそれぞれ、セパレータと呼ばれる、例えば、帯状のポリエチレン製微多孔膜が配置されており、正極と負極と2枚のセパレータを含む積層体は、例えば、円筒状、または扁平状に捲回され、電解液と伴に容器内に収められている。上記セパレータは、正極と負極とを絶縁している。携帯電話等に通常用いられている角型のLiイオン電池では、缶の内部の体積を有効に利用するために、積層体が扁平状に捲回された捲回電極が用いられている。 A pair of strip-like electrodes (positive electrode and negative electrode) constituting a battery usually has a structure in which an active material layer containing an active material and a binder is formed on both surfaces of a metal foil. Between the positive electrode and the negative electrode, and on the opposite side of the negative electrode on the positive electrode side, for example, a strip-like polyethylene microporous film is disposed, and a laminate including the positive electrode, the negative electrode, and two separators Is wound, for example, in a cylindrical shape or a flat shape, and is stored in a container together with the electrolyte. The separator insulates the positive electrode and the negative electrode. In a rectangular Li-ion battery normally used for a mobile phone or the like, a wound electrode in which a laminate is wound in a flat shape is used in order to effectively use the volume inside the can.
ところで、積層体を捲回する際に、電極とセパレータとがずれないように、捲回前に、電極とセパレータとを一体化することが提案されている。例えば、上記ポリエチレン製微多孔膜のような独立したフィルムに代えて、負極の活物質層に絶縁性樹脂を塗布することにより形成された多孔性絶縁層をセパレータとして用いることが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。 Incidentally, it has been proposed to integrate the electrode and the separator before winding so that the electrode and the separator do not shift when the laminate is wound. For example, instead of an independent film such as the polyethylene microporous film, it has been proposed to use a porous insulating layer formed by applying an insulating resin to the active material layer of the negative electrode as a separator ( For example, see Patent Documents 1 to 3).
図7に、従来の捲回電極11の一例を示している。図7において、41は正極であり、正極41は、1対の正極活物質層41a,41bと、正極活物質層41a,41bの間に配置された正極集電体41cとを含む。31は負極であり、負極31は、1対の負極活物質層31a,31bと、負極活物質層31a,31bの間に配置された負極集電体31cとを含む。21a,21bは多孔性絶縁層であり、それぞれ、負極活物質層41a,41bに接合されている。捲回電極11の最内周は負極31の捲き始め部分からなり、捲回電極11では、最内周側から最外周側に向って、負極31、多孔性絶縁層21b、正極41、多孔性絶縁層21a・・・・がこの順で配置されている。また、正極41および負極31の長手方向の長さはほぼ等しい(例えば、特許文献4参照)。
しかし、曲率が最も大きい部分を含む捲回電極の最内周が負極31からなると、負極活性層31aに接合された多孔性絶縁層21bに割れが生じ易い。多孔性絶縁層21bに割れが生じると正極および負極間に短絡が生じる恐れがある。そのため、上記曲率が大きい部分において、短絡が生じることが懸念されるという問題があった。多孔性絶縁層21bの割れは、特に、捲回電極が扁平状である場合により一層起こり易い。
However, if the innermost circumference of the wound electrode including the portion with the largest curvature is composed of the
本発明は、多孔性絶縁層の割れの恐れが緩和され、より信頼性の高い捲回電極およびそれを用いた電池を提供する。 The present invention provides a more reliable wound electrode and a battery using the same, in which the risk of cracking of the porous insulating layer is alleviated.
本発明の捲回電極は、1対の帯状の多孔性絶縁層と、前記1対の多孔性絶縁層の間に配置され負極活物質層を含む帯状の負極と、前記1対の多孔性絶縁層のうちの一方の多孔性絶縁層側に積層され正極活物質層を含む帯状の正極とを含んだ積層体が、捲回された捲回電極であって、前記負極は、2層の前記負極活物質層と、前記2層の負極活物質層の間に配置された負極集電体と、前記負極集電体に接合された負極集電タブとを含み、前記負極集電体は、前記2層の負極活物質層が形成されていない負極活物質層欠如部をその捲き終わり側に含み、前記負極集電タブは、前記負極活物質層欠如部に接合され、前記1対の多孔性絶縁層と少なくとも前記負極とが一体化されており、前記負極活物質層欠如部の一部または全部が、前記多孔性絶縁層または絶縁性フィルムで覆われており、前記捲回電極の最内周が、前記正極の捲き始め部分からなることを特徴とする。 The wound electrode of the present invention includes a pair of band-shaped porous insulating layers, a band-shaped negative electrode including a negative electrode active material layer disposed between the pair of porous insulating layers, and the pair of porous insulating layers. one of the porous insulation layer is laminated on the side positive electrode active band-like positive electrode and containing I to I stack including the material layer of the layers is a wound electrode wound, the negative electrode, the two layers The negative electrode active material layer, a negative electrode current collector disposed between the two negative electrode active material layers, and a negative electrode current collector tab joined to the negative electrode current collector, wherein the negative electrode current collector comprises: A negative electrode active material layer lacking part in which the two negative electrode active material layers are not formed, and the negative electrode current collecting tab is joined to the negative electrode active material layer lacking part, at least said porous insulating layer and the negative electrode are integrated, wherein some or all of the negative electrode active material layer lacking portion, the porous insulating Or covered with an insulating film, the innermost circumference of the wound electrode, characterized in that it consists Maki start portion of the positive electrode.
本発明の電池は、本発明の捲回電極が、容器内に収められていることを特徴とする。 The battery of the present invention is characterized in that the wound electrode of the present invention is housed in a container.
本発明の捲回電極の製造方法は、上記本発明の捲回電極の製造方法であって、1対の負極活物質層と、前記1対の負極活物質層の間に配置された負極集電体とを含む帯状の負極の各負極活物質層上に、絶縁性樹脂を含む塗料を塗布して1対の多孔性絶縁層を形成する工程と、1対の正極活物質層と、前記1対の正極活物質層の間に配置された正極集電体とを含む帯状の正極と前記負極との間に、前記1対の多孔性絶縁層のうちの一方の多孔性絶縁層が配置されるよう、前記正極と前記負極とを重ねて積層体を形成する工程とを含み、前記積層体の正極側が内側となるように前記積層体を捲回することを特徴とする。 The method for manufacturing a wound electrode according to the present invention is a method for manufacturing the wound electrode according to the present invention , wherein a negative electrode active material layer disposed between a pair of negative electrode active material layers and the pair of negative electrode active material layers is provided. A step of applying a paint containing an insulating resin on each negative electrode active material layer of a strip-like negative electrode containing an electric conductor to form a pair of porous insulating layers, a pair of positive electrode active material layers, One porous insulating layer of the pair of porous insulating layers is disposed between the strip-shaped positive electrode including the positive electrode current collector disposed between the pair of positive electrode active material layers and the negative electrode. As described above, a laminate is formed by stacking the positive electrode and the negative electrode, and the laminate is wound so that the positive electrode side of the laminate is on the inside.
本発明では、捲回電極のうちの最も曲率が大きい部分を含む捲回電極の最内周が、正極の捲き始め部分からなるので、1対の多孔性絶縁層が一体化された負極は、上記最内周の外側に配置されることとなる。そのため、捲回電極の製造過程において、積層体を捲回する際に、負極に一体化された多孔性絶縁層の割れの恐れが緩和され、その結果として、信頼性の高い捲回電極およびそれを用いた電池を提供できる。また、本発明では、負極集電体が、2層の負極活物質層が形成されていない負極活物質層欠如部をその捲き終わり側に含んでおり、負極集電タブが負極活物質層欠如部に接合されているので、負極活物質層の剥がれ落ちにより電池へ悪影響が生じることが防止される。また、本発明では、負極活物質層欠如部の一部又は全部が、多孔性絶縁層または絶縁フィルムで覆われているので、負極集電体のうちの負極活物質層が形成されていない箇所について、正極および負極間の絶縁性を高めることができる。 In the present invention, the innermost circumference of the wound electrode including the portion with the largest curvature among the wound electrodes is composed of the starting portion of the positive electrode so that the negative electrode integrated with a pair of porous insulating layers is It will be arranged outside the innermost circumference. Therefore, when winding the laminate in the manufacturing process of the wound electrode, the risk of cracking of the porous insulating layer integrated with the negative electrode is alleviated, and as a result, the highly reliable wound electrode and the A battery using can be provided. Further, in the present invention, the negative electrode current collector includes a negative electrode active material layer lacking portion in which the two negative electrode active material layers are not formed at the end of the rolling, and the negative electrode current collecting tab lacks the negative electrode active material layer. Since the negative electrode active material layer is peeled off, adverse effects on the battery are prevented. Further, in the present invention, part or all of the negative electrode active material layer lacking part is covered with the porous insulating layer or the insulating film, so that the negative electrode active material layer of the negative electrode current collector is not formed. About, the insulation between a positive electrode and a negative electrode can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態では、Liイオン電池を構成する捲回電極およびその製造方法、並びに上記捲回電極を用いたLiイオン電池を例に挙げて説明する。 In the present embodiment, a wound electrode constituting a Li ion battery, a manufacturing method thereof, and a Li ion battery using the wound electrode will be described as an example.
図1には、本実施形態の捲回電極の一例を、図2には、図1に示した捲回電極を構成する積層体の捲き始め側を、図3には、上記積層体の捲き終り側を示している。 FIG. 1 shows an example of the wound electrode of the present embodiment, FIG. 2 shows the winding start side of the laminate constituting the wound electrode shown in FIG. 1, and FIG. The end side is shown.
図1〜図3に示すように、本実施形態の捲回電極1は、1対の帯状の多孔性絶縁層2a,2bと、多孔性絶縁層2a,2b間に配置された帯状の負極3と、帯状の正極4とを含む積層体が、偏平状に捲回された構造をしている。図1〜図3に示した例では、正極4は、1対の多孔性絶縁層2a,2bのうちの一方の多孔性絶縁層2a側に積層されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the wound electrode 1 of the present embodiment includes a pair of strip-shaped porous
負極3は、2層の負極活物質層3a,3bと、2層の負極活物質層3a,3bの間に配置された負極集電体3cとを含み、正極4は、2層の正極活物質層4a,4bと、2層の正極活物質層4a,4bの間に配置された正極集電体4cとを含んでいる。正極活物質層4a,4bは、リチウムイオンを放出可能な正極活物質を含んでいる。負極活物質層3a,3bは、正極活物質から放出されるリチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質を含んでいる。
The
積層体が捲回される前後において、多孔性絶縁層2aは負極活物質層3aに、多孔性絶縁層2bは負極活物質層3bに接合されており、1対の多孔性絶縁層2a,2bと負極3は一体化されている。尚、正極4の正極活物質層4aと多孔性絶縁層2a、正極活物質層4bと多孔性絶縁層2bは、積層体が捲回される前においては、接合されていないが、積層体が捲回された後においては、接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
Before and after the laminate is wound, the
捲回電極1では、捲回電極1のうちの最も曲率が大きい部分を含む最内周が、正極4の捲き始め部分4dからなるので、1対の多孔性絶縁層2a,2bと一体化された負極3は、上記最内周の外側に配置されることとなる。そのため、捲回電極1の製造過程において、積層体を捲回する際に、負極活物質層3aに一体化された多孔性絶縁層2aの割れの恐れが緩和されている。よって、本実施形態の捲回電極およびこれを用いた電池は、信頼性が高い。
In the wound electrode 1, the innermost circumference including the portion with the largest curvature of the wound electrode 1 is composed of the
図4に示すように、負極3は、正極4よりも幅広であり、負極3の幅方向の両縁部3fが正極4からはみでていると好ましい。リチウムイオン電池では、電池の使用に伴って負極3の周縁部に析出するリチウムデンドライトが、多孔性絶縁層2a、2bを突き破って正極4に接触し、短絡を引き起こして電池を短寿命化してしまうという問題がある。負極3の幅を、正極4のそれよりも大きくし、負極3の幅方向の両縁部3fが正極4からはみでるように、正極と負極とを配置すれば、負極の両縁部3fにおけるリチウムデンドライトの析出を抑制でき、その結果、短絡を抑制できる。
As shown in FIG. 4, the
負極3の幅が正極4のそれよりも大きい場合、1対の多孔性絶縁層2a、2bの幅についても、正極4のそれより大きいと好ましい。負極3と正極4との絶縁を確実に行えるからである。
When the width of the
2層の正極活物質層4a,4bのうちの、相対的に内側に捲回された正極活物質層4bは、正極集電体4cの捲き始め部分4d'を避けて形成されていると好ましい。正極4の捲き始め部分4dにおいて、正極集電体4cの内側の面に正極活物質層4bの一部が存在しても、その正極活物質層4bの一部に対向する負極活物質層が存在しないので、その正極活物質層の一部は充放電に寄与しない。そのため、コスト低減の観点から、正極活物質層4bは、正極集電体4cの捲き始め部分4d'を避けて形成されていると好ましい。
Of the two positive electrode
尚、相対的に内側に捲回された正極活物質層4bとは、捲回電極1を構成する正極4の所定の箇所において、1対の正極活物質層4a,4bを観察した場合に、内側に配置された正極活物質層4bのことを意味する。また、本実施形態の捲回電極では、正極集電体4cの捲き始め部分4d'は、正極4の捲き始め部分4dでもある。
In addition, the positive electrode
正極活物質層4a,4bに含まれる正極活物質としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O、LiFePo4等の無機酸化物を用いることができる。
Examples of the positive electrode active material included in the positive electrode
正極活物質層4a,4bは、正極活物質の他に、必要に応じて、導電性材料を含んでいてもよい。導電性材料としては、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、黒鉛、非晶質炭素等の炭素材料が挙げられる。これらの導電性材料は、単独または混合して用いることができる。
The positive electrode
正極活物質層4a,4bは、例えば、上記正極活物質と、上記導電性材料と、バインダーとを混合したスラリーを、正極集電体4cに塗布した後、正極集電体4cに塗布されたスラリーを乾燥し、次いで、厚み方向にプレスすることで形成できる。バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系材料、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系材料等が挙げられる。これらのバインダーは、単独又は混合して用いることができる。
The positive electrode
負極活物質層3a,3bに含まれる負極活物質としては、例えば、Sn、Si等のLiと合金化可能な金属、金属リチウム、LiAl合金、非晶質炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、フラーレン、ナノチューブ等のリチウムを吸蔵放出可能な炭素系材料、Li4Ti5O12、Li2Ti3O7等のリチウムを吸蔵放出可能なチタン酸リチウム等を用いることができる。
Examples of the negative electrode active material included in the negative electrode
負極活物質層3a,3bは、上記負極活物質の他に、必要に応じて導電性材料を含んでいてもよい。導電性材料としては、AB、KB、非晶質炭素等の炭素材料が挙げられる。これらの導電性材料は、単独または混合して用いてもよい。
The negative electrode
負極活物質層3a,3bは、例えば、上記負極活物質と、上記導電性材料と、バインダーとを混合したスラリーを、負極集電体3cに塗布した後、負極集電体3cに塗布されたスラリーを乾燥し、次いで、厚み方向にプレスすることで形成できる。バインダーとしては、PVDF、PTFE、SBR、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。これらのバインダーは、単独又は混合して用いてもよい。
The negative electrode
正極集電体4cには、例えば、Al箔等が用いられ、負極集電体3cには、例えば、Cu箔等が用いられる。
For example, an Al foil or the like is used for the positive electrode
多孔性絶縁層2a,2bとしては、正極4と負極3との絶縁を実現でき、かつリチウムイオンが移動可能な細孔を有していれば、その材料、形態等について特に制限はない。多孔性絶縁層2a,2bは、例えば、有機微粒子とバインダーとを含む塗料、無機粒子とバインダーとを含む塗料、または有機微粒子と無機微粒子とバインダーとを含む塗料を、負極活物質層3a,3bに塗布することにより形成できる。塗布は、ドクターブレード法、またはスプレー塗布等の方法で行える。多孔性絶縁層2a,2bは、いわゆるシャットダウン機能を有していると好ましい。シャットダウン機能とは、電池内部の温度が上昇しすぎた際に、多孔性絶縁層2a,2bの細孔を塞いで、多孔性絶縁層のイオン伝導性を消失させる機能のことをいう。
The porous insulating
有機微粒子の材料としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、ポリ乳酸等の熱可塑性樹脂が挙げられる。無機微粒子の材料としては、例えば、アルミナやシリカ等の無機酸化物が挙げられる。塗料は、上記熱可塑性樹脂と無機酸化物とを含む複合材からなる微粒子を含んでいてもよい。 Examples of the organic fine particle material include thermoplastic resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), and polylactic acid. Can be mentioned. Examples of the inorganic fine particle material include inorganic oxides such as alumina and silica. The coating material may contain fine particles made of a composite material containing the thermoplastic resin and the inorganic oxide.
塗料に含まれるバインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、SBR等を用いることができる。尚、有機微粒子自体が接着性を有する場合、例えば、有機微粒子の材料がEVA等である場合、バインダーは必ずしも必要ではない。 For example, PVDF, PTFE, SBR, or the like can be used as the binder contained in the paint. In addition, when the organic fine particles themselves have adhesiveness, for example, when the material of the organic fine particles is EVA or the like, the binder is not always necessary.
多孔性絶縁層2a,2bは、下記の方法で形成することもできる。(1)樹脂が溶媒(良溶媒)に溶解された樹脂溶液を、負極活物質層3a,3bに塗布した後、塗布された樹脂溶液を乾燥させる前に貧溶媒中に浸漬して、微多孔構造の樹脂塗膜を凝集析出させる。
The porous insulating
(2)上記樹脂溶液に貧溶媒または無機塩等をさらに混合し、得られた塗料を負極活物質層3a,3bに塗布する。次に、負極活物質層3a,3bに塗布された塗料から良溶媒を乾燥除去し、次いで、乾燥または抽出等の方法により貧溶媒または無機塩を除去して、多孔性絶縁層を得る。
(2) The resin solution is further mixed with a poor solvent or an inorganic salt, and the obtained paint is applied to the negative electrode
樹脂溶液中の樹脂としては、例えば、PVDF、ポリサルフォン、塩素化PP等を、良溶媒としては、例えば、トルエン、N−メチルピロリドン(NMP)等を、貧溶媒としては、例えば、水、アルコール等を、無機塩としては、例えば、LiBr、LiI等を用いることができる。 Examples of the resin in the resin solution include PVDF, polysulfone, and chlorinated PP, examples of the good solvent include toluene and N-methylpyrrolidone (NMP), and examples of the poor solvent include water and alcohol. As the inorganic salt, for example, LiBr, LiI or the like can be used.
(3)エンジニアリングプラスチック、ホットメルト接着剤、粘着性付与剤、無機フィラーからなる微多孔質膜(例えば、特開2004−2658号公報参照)を、熱プレス等により、負極の両面に一体化して、多孔性絶縁層2a、2bとしてもよい。また、上記微多孔質膜は、負極上に直接形成してもよい。
(3) A microporous film (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2658) made of engineering plastic, hot melt adhesive, tackifier, and inorganic filler is integrated on both sides of the negative electrode by hot pressing or the like. Alternatively, the porous insulating
本実施形態の捲回電極においても、従来の捲回電極と同様に、正極は、電池の正極端子と正極集電体4cとを電気接続する正極集電タブ7(図2参照)を、負極は、電池の負極端子と負極集電体3cとを電気接続する負極集電タブ8(図3参照)を含んでいる。
Also in the wound electrode of this embodiment, as in the conventional wound electrode, the positive electrode has a positive electrode current collecting tab 7 (see FIG. 2) for electrically connecting the positive electrode terminal of the battery and the positive electrode
図2に示すように、正極集電体4cは、2層の正極活物質層4a,4bが形成されていない正極活物質層欠如部4c'を、その捲き始め側に含み、正極活物質層欠如部4c'に正極集電タブ7が接合されていると好ましい。正極集電体4cの正極集電タブ7が接合される面の反対面に正極活物質層が存在すると、正極集電体4cと正極集電タブ7との接合後に、この正極活物質層が剥がれ落ちる等して、電池特性に悪影響を及ぼす可能性がある。正極集電体4cが2層の正極活物質層4a,4bが形成されていない正極活物質層欠如部4c'を含み、正極活物質層欠如部4c'に正極集電タブ7が接合される場合、上記した正極活物質層の剥がれ落ちによる電池への悪影響は生じない。同様の理由により、図3に示すように、負極集電体3cについて、2層の負極活物質層3a,3bが形成されていない負極活物質層欠如部3c'を、その捲き終り側に含み、負極活物質層欠如部3c'に負極集電タブ8が接合されている。
As shown in FIG. 2, the positive electrode
正極集電タブ7および正極集電タブ8の形状について特に制限はないが、例えば、短冊状である。正極集電タブ7の材料としては、例えば、Al、Ni等が用いられ、負極集電タブ8の材料としては、例えば、Cu、Ni等が用いられる。
Although there is no restriction | limiting in particular about the shape of the positive electrode
図1〜図3では、多孔性絶縁層2a,2bは、それぞれ負極活物質層3a,3b上にのみ形成されているが、負極集電体3cの両面のうちの少なくとも一方について、負極活物質層が形成されていない箇所の全部または一部が、例えば多孔性絶縁層で覆われていることを要する。負極集電体3cの両面のうちの少なくとも一方について、負極活物質層が形成されていない箇所の全部または一部をも覆うように、多孔性絶縁層が形成されていていると、負極集電体3cのうちの負極活物質層が形成されていない箇所について、正極4および負極3間の絶縁性を高めることができる。負極集電体3cのうちの負極活物質層が形成されていない箇所における正極4と負極3との絶縁は、電解液中で安定な樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の樹脂を含む絶縁性フィルムを用いて行っても良い。
In FIGS. 1 to 3 , the porous insulating
本実施形態の捲回電極1では、負極3よりも正極4の方が長手方向の長さが長く、捲回電極の最外周が正極4の捲き終り部分4f(図3参照)からなると好ましい。本実施形態の捲回電極1を用いる電池の容器が、例えば、Al缶である場合、その電池では、Al缶と捲回電極1の正極とが電気接続されることとなる。捲回電極1の最外周が正極4の捲き終り部分4fからなると、捲回電極1の負極およびAl缶(捲回電極1の正極4と同電位である)間の短絡を確実に防止でき、電池の信頼性を高めることができる。
In the wound electrode 1 of the present embodiment, the
次に、本実施形態の捲回電極の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the winding electrode of this embodiment is demonstrated.
まず、図5Aに示すように、1対の正極活物質層4a,4bと、この1対の正極活物質層4a,4bの間に配置された正極集電体4cとを含む帯状の正極4を用意する。一方で、1対の負極活物質層3a,3bと、この1対の負極活物質層3a,3bの間に配置された負極集電体3cとを含む帯状の負極3を用意する。尚、図5Aにおいて、7は正極集電タブであり、8は負極集電タブである。正極集電タブ7は正極集電体4cに、負極集電タブ8は負極集電体3cに、それぞれ導電性接着剤(例えば、銀ペースト)等を用いて接合する。
First, as shown in FIG. 5A, a strip-like
次に、図5Bに示すように、負極活物質層3a,3b上にそれぞれ、絶縁性樹脂を含む塗料を塗布して1対の多孔性絶縁層2a,2bを形成する。また、負極集電体3cの両面のうちの少なくとも一方について、負極活物質層が形成されていない箇所の全部または一部を、多孔性絶縁層又は絶縁性フィルムで覆う。このように、塗料を塗布する方法により多孔性絶縁層2a,2bを形成すれば、例えば、独立したフィルムを多孔性絶縁層として用いる場合よりも、薄い多孔性絶縁層を形成できる。そのため、捲回電極のうちの1対の多孔性絶縁層2a,2bが占める体積を減らして正極活物質および負極活物質の充填量を多くすることが可能となり、電池の高容量化が可能となる。
Next, as illustrated in FIG. 5B, a pair of porous insulating
絶縁性樹脂としては、例えば、下記のものが用いられる。 As the insulating resin, for example, the following are used.
絶縁性樹脂を含む塗料が、上述した、有機微粒子と必要に応じてバインダーとを含む塗料、無機粒子とバインダーとを含む塗料である場合、上記絶縁性樹脂は、有機微粒子またバインダーであり、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA)、ポリ乳酸等の熱可塑性樹脂、PVDF、PTFE、SBR等である。 When the paint containing an insulating resin is the above-described paint containing organic fine particles and optionally a binder, or a paint containing inorganic particles and a binder, the insulating resin is organic fine particles or a binder, for example, , Polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-ethyl acrylate copolymer (EEA), thermoplastic resins such as polylactic acid, PVDF, PTFE, SBR, etc. .
絶縁性樹脂を含む塗料が、上述した、樹脂が溶媒(良溶媒)に溶解された樹脂溶液(貧溶媒または無機塩等が添加されたものも含む)である場合、絶縁性樹脂は、樹脂溶液中の樹脂であり、例えば、PVDF、ポリサルフォン、塩素化PP等である。 When the paint containing the insulating resin is the above-described resin solution in which the resin is dissolved in a solvent (good solvent) (including those containing a poor solvent or an inorganic salt added), the insulating resin is a resin solution. For example, PVDF, polysulfone, chlorinated PP, and the like.
次に、図5Cに示すように、正極4と負極3との間に1対の多孔性絶縁層2a,2bのうちの一方の多孔性絶縁層2aが配置されるように、正極4と負極3とを重ねて積層体を形成する。この際、積層体を捲回して得られる捲回電極の最内周が、正極4の捲き始め部分4dからなるように、正極4と負極3とを重ねる。図5Cに示した例では、正極4の捲き始め側端部4gが負極3の捲き始め側端部3gよりも突き出るように、正極4と負極3とを重ねているが、正極4の捲き始め側端面4hと負極3の捲き始め側端面3hとが揃うように、正極4と負極3とを重ねてもよい。尚、積層体では、1対の多孔性絶縁層2a,2bのうちの一方の多孔性絶縁層2aと正極4は、非接合状態で接している。
Next, as shown in FIG. 5C, the
尚、「正極4の捲き始め側端面4hと負極3の捲き始め側端面3hとが揃う」とは、正極4の捲き始め側端面4hと負極3の捲き始め側端面3hとが実質的に揃っていることを意味し、例えば、製造上の誤差で僅かにずれている場合も含む。
Note that “the starting start
次に、積層体を、負極3よりも正極4が内側となるように例えば偏平状に捲回して捲回電極とする。正極4の捲き始め側端部4gが負極3の捲き始め側端部3gよりも突き出るように、正極4と負極3とを重ねて得た積層体を、正極3が内側となるように捲回するので、捲回電極の最内周は、正極4の捲き始め部分4d(図5C参照)からなる。
Next, the laminate is wound into, for example, a flat shape so that the
このように、本実施形態の捲回電極の製造方法によれば、1対の多孔性絶縁層2a,2bが一体化された負極3は、捲回電極の最内周の外側に配置されることとなる。そのため、塗料を塗布することにより薄い多孔性絶縁層を形成しても、積層体を捲回する際に、負極3に一体化された多孔性絶縁層の割れの恐れを緩和できる。その結果、本実施形態の捲回電極の製造方法では、信頼性の高い捲回電極およびそれを用いた電池を提供できる。
Thus, according to the method for manufacturing a wound electrode of the present embodiment, the
本実施形態の捲回電極の製造方法では、積層体を捲回して得た捲回体を、加圧しながら加熱して、1対の多孔性絶縁層2a,2bと正極4とを接合する、一体化工程をさらに含んでいると好ましい。多孔性絶縁層2a,2bと正極4とが接合されると、捲回電極(捲回体)の取り扱い性が容易となり、捲回電極の容器内への収納が容易となる。
In the manufacturing method of the wound electrode of the present embodiment, the wound body obtained by winding the laminated body is heated while being pressed to join the pair of porous insulating
一体化工程において、圧力は、例えば、50Pa〜500Paが適当である。加熱温度は、例えば、多孔性絶縁層2a,2bに含まれる絶縁性樹脂の軟化点以上が適当である。加熱温度の上限について特に制限はないが、通常、200℃以下であると好ましい。加熱温度が高すぎると、正極活物質層4a,4bおよび負極活物質層3a,3bに含まれるバインダーが劣化し、正極集電体4cから正極活物質層4a,4bが、負極集電体3cから負極活物質層3a,3bが剥離するという問題が生じ、電極特性を劣化させてしまう恐れがあるからである。
In the integration step, the pressure is suitably, for example, 50 Pa to 500 Pa. The heating temperature is suitably, for example, not less than the softening point of the insulating resin contained in the porous insulating
本実施形態の捲回電極の製造方法では、積層体を捲回して得られる捲回体の最外周が正極4の捲き終り部分4fからなるように、長手方向の長さが負極3のそれよりも長い正極4を用意することが好ましい。このようにすれば、捲回電極の最外周が、正極4の捲き終り部分4fからなる捲回電極を作製できる。
In the manufacturing method of the wound electrode of the present embodiment, the length in the longitudinal direction is larger than that of the
次に、本実施形態の電池の一例について説明する。 Next, an example of the battery of this embodiment will be described.
図6に、図1〜図3に示した捲回電極が、電解液とともに容器内に収められた本実施形態の電池の一例(断面図)を示している。尚、図6において、捲回電極1は、図示の都合上簡略して記載しておりハッチングも省略している。図6において、4は正極、3は負極である。 FIG. 6 shows an example (cross-sectional view) of the battery of the present embodiment in which the wound electrode shown in FIGS. 1 to 3 is housed in a container together with an electrolytic solution. In FIG. 6, the wound electrode 1 is simply illustrated for convenience of illustration, and hatching is also omitted. In FIG. 6, 4 is a positive electrode and 3 is a negative electrode.
図6に示すように、本実施形態の電池では、蓋体9aを含む容器9が、アルミニウム(Al)等の金属で形成されている。容器9の底部にはPTFEシート等の合成樹脂からなる絶縁体5が配置されている。蓋体9aには、PP等の合成樹脂製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼等の金属端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼等の金属製のリード板13が取り付けられている。
As shown in FIG. 6, in the battery of this embodiment, the container 9 including the
尚、図6に示した例では、正極集電タブ7が蓋体9aに直接溶接されることによって、容器が正極端子として機能している。また、負極集電タブ8がリード板13に溶接され、リード板13を介して負極集電タブ8と端子11とが導通されている。端子11は負極端子として機能している。尚、容器の材質によっては、端子の正負が逆になる場合もある。容器は、例えば、ステンレス(SUS)製であってもよい。
In the example shown in FIG. 6, the positive electrode
本実施形態の電池は、図6に示した形態に限定されず、容器が、袋状に加工された樹脂フィルムを含んでいてもよい。上記樹脂フィルムは、捲回電極1を容器の内部に収めた後、熱溶着等により容器の開口部を封じることができる材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含んでいると好ましい。上記樹脂フィルムは、金属箔を含むラミネート構造をしていてもよい。 The battery of this embodiment is not limited to the form shown in FIG. 6, and the container may include a resin film processed into a bag shape. The resin film preferably contains a material capable of sealing the opening of the container by thermal welding or the like after the wound electrode 1 is contained in the container, for example, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene. The resin film may have a laminate structure including a metal foil.
電解液としては、特に制限はないが、電池がLiイオン電池である場合、例えば、Li塩が有機溶媒に溶解されたものが用いられる。Li塩としては、有機溶媒中で解離してLi+イオンを生成可能であり、電解液を構成要素とする電池の電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば特に制限されない。 Although there is no restriction | limiting in particular as electrolyte solution, When a battery is a Li ion battery, what melt | dissolved Li salt in the organic solvent is used, for example. The Li salt is not particularly limited as long as it can be dissociated in an organic solvent to generate Li + ions and does not cause a side reaction such as decomposition in the voltage range of a battery having an electrolytic solution as a component.
Li塩には、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4等の無機化合物、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiC(SO2CF2)3、LiC(SO2C2F5)3、LiPF6-n(C2F5)n(nは1から6までの整数)、LiSO3CF3、LiSO3C2F5、LiSO3C4F8等の有機化合物等を用いることができる。 Examples of the Li salt include inorganic compounds such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ). (SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 2 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 , LiPF 6-n (C 2 F 5 ) n (n is an integer from 1 to 6) Organic compounds such as LiSO 3 CF 3 , LiSO 3 C 2 F 5 , and LiSO 3 C 4 F 8 can be used.
有機溶媒としては、Li塩を溶解でき、電池の電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば制限されない。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等の鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、エトキシプロピオニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独又は混合して用いることができる。 The organic solvent is not limited as long as it can dissolve the Li salt and does not cause side reactions such as decomposition in the voltage range of the battery. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, dimethoxyethane, and diglyme. And chain ethers such as triglyme and tetraglyme, cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, and nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile and ethoxypropionitrile. These organic solvents can be used alone or in combination.
なかでも、有機溶媒としては、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒が好ましい。上記混合溶媒を用いれば、高い導電率が得られ、良好な電池特性を実現できる。 Especially, as an organic solvent, the mixed solvent of ethylene carbonate and a chain carbonate is preferable. By using the above mixed solvent, high electrical conductivity can be obtained and good battery characteristics can be realized.
電解液には、安全性、サイクル性、高温貯蔵性等の特性を向上する目的で、適宜、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキサン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン等の添加剤が含まれていてもよい。 For the purpose of improving characteristics such as safety, cycleability, and high-temperature storage properties, the electrolyte solution is appropriately vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexane, biphenyl, fluorobenzene, t-butyl. Additives such as benzene may be included.
また、電解液は、有機溶媒に代えて、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド等の常温溶融塩を含んでいてもよい。 In addition, the electrolytic solution is replaced with an organic solvent, such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide, etc. Of room temperature molten salt.
また、電解液は、下記のホストポリマーを含み、ホストポリマーによりゲル化されていてもよい。ホストホリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を含む架橋ポリマー、光及び熱により架橋可能であり側鎖にオキセタン化合物や脂環式エポキシ化合物を有する(メタ)アクリレート共重合体等が挙げられる。 Moreover, electrolyte solution contains the following host polymer and may be gelatinized with the host polymer. The host polymer includes polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, crosslinked polymer containing an ethylene oxide chain in the main chain or side chain, photo And a (meth) acrylate copolymer which can be cross-linked by heat and has an oxetane compound or an alicyclic epoxy compound in the side chain.
本発明では、多孔性絶縁層の割れの恐れを緩和でき、正極および負極間の短絡を抑制できるので、より信頼性の高い捲回電極およびそれを用いた電池を提供できる。したがって、本発明の捲回電極およびその製造方法、並びにそれを用いた電池は、有用である。 In the present invention, the risk of cracking of the porous insulating layer can be alleviated and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be suppressed, so that a more reliable wound electrode and a battery using the same can be provided. Therefore, the wound electrode of the present invention, the manufacturing method thereof, and the battery using the same are useful.
1 捲回電極
2a,2b 多孔性絶縁層
3 負極
3a,3b 負極活物質層
3c 負極集電体
3f 両縁部
3g 捲き始め側端部
3h 捲き始め側端面
4 正極
4a,4b 正極活物質層
4c 正極集電体
4d 捲き始め部分
4f 捲き終り部分
4g 捲き始め側端部
4h 捲き始め側端面
7 正極集電タブ
8 負極集電タブ
9 容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
前記負極は、2層の前記負極活物質層と、前記2層の負極活物質層の間に配置された負極集電体と、前記負極集電体に接合された負極集電タブとを含み、
前記負極集電体は、前記2層の負極活物質層が形成されていない負極活物質層欠如部をその捲き終わり側に含み、
前記負極集電タブは、前記負極活物質層欠如部に接合され、
前記1対の多孔性絶縁層と少なくとも前記負極とが一体化されており、
前記負極活物質層欠如部の一部または全部が、前記多孔性絶縁層または絶縁性フィルムで覆われており、
前記捲回電極の最内周が、前記正極の捲き始め部分からなることを特徴とする捲回電極。 A pair of band-shaped porous insulating layers, a band-shaped negative electrode including a negative electrode active material layer disposed between the pair of porous insulating layers, and one of the pair of porous insulating layers A laminate including a belt-like positive electrode laminated on the insulating layer side and including a positive electrode active material layer is a wound electrode,
The negative electrode includes two layers of the negative electrode active material layer, a negative electrode current collector disposed between the two negative electrode active material layers, and a negative electrode current collector tab joined to the negative electrode current collector. ,
The negative electrode current collector includes a negative electrode active material layer-deficient portion on which the two negative electrode active material layers are not formed,
The negative electrode current collecting tab is bonded to the negative electrode active material layer lacking part,
The pair of porous insulating layers and at least the negative electrode are integrated;
Part or all of the negative electrode active material layer lacking part is covered with the porous insulating layer or insulating film,
The wound electrode is characterized in that an innermost circumference of the wound electrode is formed from a portion where the positive electrode starts rolling.
前記負極活物質層は、前記正極活物質から放出されるリチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質を含み、
前記負極は、前記正極よりも幅広であり、前記負極の幅方向の両縁部が前記正極からはみでている請求項1に記載の捲回電極。 The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material capable of releasing lithium ions,
The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions released from the positive electrode active material,
The wound electrode according to claim 1, wherein the negative electrode is wider than the positive electrode, and both edges in the width direction of the negative electrode protrude from the positive electrode.
前記2層の正極活物質層のうち、相対的に内側に捲回された正極活物質層は、前記正極集電体の捲き始め部分を避けて形成されている請求項1〜4のいずれかの項に記載の捲回電極。 The positive electrode includes two positive electrode active material layers and a positive electrode current collector disposed between the two positive electrode active material layers,
5. The positive electrode active material layer wound relatively inward among the two positive electrode active material layers is formed so as to avoid a starting portion of the positive electrode current collector. The wound electrode according to the item.
前記正極は、前記正極活物質層欠如部に接合された正極集電タブを含む請求項5に記載の捲回電極。 The positive electrode current collector includes a positive electrode active material layer-deficient portion on which the two positive electrode active material layers are not formed on the starting side thereof,
The wound electrode according to claim 5, wherein the positive electrode includes a positive electrode current collecting tab joined to the positive electrode active material layer lacking part.
1対の負極活物質層と、前記1対の負極活物質層の間に配置された負極集電体とを含む帯状の負極の各負極活物質層上に、絶縁性樹脂を含む塗料を塗布して1対の多孔性絶縁層を形成する工程と、
1対の正極活物質層と、前記1対の正極活物質層の間に配置された正極集電体とを含む帯状の正極と前記負極との間に、前記1対の多孔性絶縁層のうちの一方の多孔性絶縁層が
配置されるよう、前記正極と前記負極とを重ねて積層体を形成する工程とを含み、
前記積層体の正極側が内側となるように前記積層体を捲回することを特徴とする捲回電極の製造方法。 A method for producing a wound electrode according to any one of claims 1 to 7,
A paint containing an insulating resin is applied on each negative electrode active material layer of a strip-shaped negative electrode including a pair of negative electrode active material layers and a negative electrode current collector disposed between the pair of negative electrode active material layers. Forming a pair of porous insulating layers ;
Between the negative electrode and the strip-shaped positive electrode including a pair of positive electrode active material layers and a positive electrode current collector disposed between the pair of positive electrode active material layers, the pair of porous insulating layers one of the porous insulating layer among the
Including stacking the positive electrode and the negative electrode to form a laminate,
A method for producing a wound electrode, comprising winding the laminate so that the positive electrode side of the laminate is on the inside.
前記捲回工程の後に、前記捲回体を加圧しながら加熱して、前記多孔性絶縁層と前記正極とを接合する一体化工程をさらに含む請求項12に記載の捲回電極の製造方法。 In the laminate, the porous insulating layer and the positive electrode are in contact with each other in a non-bonded state,
After the wound process, and heated under pressure the wound body, the multi-porous manufacturing method of wound electrode according to claim 12, further comprising an integrating step of the insulating layer to bonding the positive electrode .
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