JP4984551B2 - battery - Google Patents

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Description

本発明は、直方体形状の電池缶の内部に偏平な巻回構造を有する巻回体を収容した、いわゆる角型電池に好適な電池に関する。 The present invention accommodates the wound body with a flat winding structure inside the battery can of the rectangular parallelepiped shape, directed to suitable batteries to the so-called square battery.

近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ),携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして、エネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、非水電解質二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるので、その改良に関する検討が各方面で行われている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone, or a notebook computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Batteries used as portable power sources for these electronic devices, particularly secondary batteries, are actively used as key devices for research and development aimed at improving energy density. Among them, non-aqueous electrolyte secondary batteries (for example, lithium ion secondary batteries) can provide a larger energy density than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries, which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries. Considerations are being made in various directions.

リチウムイオン二次電池には様々な形状のものが開発されているが、その一つに、正極と負極とをセパレータを間にして積層して渦巻き状に巻き、その巻回中心に金属または樹脂材料よりなる円筒形のセンターピンを挿入したものがある(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。   Lithium ion secondary batteries have been developed in various shapes. For example, a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator between them and wound in a spiral shape, and a metal or resin is wound around the winding center. There is one in which a cylindrical center pin made of a material is inserted (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

図14は、従来のセンターピンの一例を表したものである。このセンターピンは、例えば金属よりなる円筒管状の本体130の軸方向に切れ目131を有している。電池に外力が加わると、本体130が押し潰され、その結果切れ目131の縁が外側に開き、その開いた部分がセパレータを貫通して正極と負極との間を短絡させる。これにより、電池反応を阻止して、発電機能を安全に喪失させようとするものである。
特開平4−332481号公報 特開平11−204140号公報 特開2001−229905号公報
FIG. 14 shows an example of a conventional center pin. The center pin has a cut 131 in the axial direction of a cylindrical tubular body 130 made of, for example, metal. When an external force is applied to the battery, the main body 130 is crushed, and as a result, the edge of the cut 131 opens to the outside, and the opened portion penetrates the separator to short-circuit between the positive electrode and the negative electrode. As a result, the battery reaction is prevented and the power generation function is safely lost.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-332481 JP-A-11-204140 JP 2001-229905 A

しかしながら、直方体形状の電池缶を用いたいわゆる角型電池では、正極と負極とを渦巻き状に巻いたのちに偏平な形状に成形した電池素子を用いており、このような偏平な電池素子の巻回中心に上述した従来の円筒型のセンターピンを挿入することは難しかった。特に、大型の角型電池においては、発熱量も大きくなるので、外力により押し潰された場合に、センターピンがなくても十分な安全性を確保できる構造が望まれていた。   However, a so-called rectangular battery using a rectangular battery can uses a battery element that is formed into a flat shape after the positive electrode and the negative electrode are wound in a spiral shape, and the winding of such a flat battery element is used. It was difficult to insert the above-described conventional cylindrical center pin at the center of rotation. In particular, since a large square battery has a large amount of heat generation, there has been a demand for a structure capable of ensuring sufficient safety even when there is no center pin when crushed by an external force.

なお、ちなみに、特許文献3では、電池缶の閉鎖端面と電池素子の底面との間にステンレス鋼などの金属よりなる有孔板を配置し、この有孔板の中心および外周にガス通過孔を設けることによりガスを安全弁側に導くことが記載されている。   Incidentally, in Patent Document 3, a perforated plate made of a metal such as stainless steel is disposed between the closed end surface of the battery can and the bottom surface of the battery element, and gas passage holes are formed at the center and outer periphery of the perforated plate. It is described that the gas is led to the safety valve side by providing.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外力に押し潰された場合に、より確実に電極間を短絡させることができる、安全性の向上した電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object, if it is crushed to external forces, it is possible to short-circuit the more reliably electrodes, to provide improved batteries safety It is in.

本発明による電池は、直方体形状の電池缶と、帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とのセパレータを間にした積層構造を有すると共に偏平な形状を有し、電池缶に収納された巻回体と、導電性材料により構成されると共に屈曲した形状の切込みを有し、巻回体の巻回中心に配置された中心板とを備えたものである。   A battery according to the present invention includes a rectangular parallelepiped battery can, a positive electrode having a positive electrode active material layer on the surface of a strip-shaped positive electrode current collector, and a negative electrode having a negative electrode active material layer on the surface of a strip-shaped negative electrode current collector. The winding body has a flat structure with a laminated structure between the separators, and has a wound body housed in a battery can, a cut made of a conductive material and a bent shape, And a center plate arranged at the winding center.

本発明による電池では、巻回体の巻回中心に、屈曲した形状の切込みを有する導電性の中心板が設けられているので、外部から電池に力がかかった場合、電池缶が変形すると、中心板が巻回体に押しつけられ、切込みの角が巻回体に突き刺さり、セパレータを貫通することにより正極と負極とが確実に短絡される。 In accordance with batteries present invention, the center of the spirally wound body, since the conductive central plate having a notch bent shape is provided, when force is applied to the battery from the outside, the battery can is deformed Then, the center plate is pressed against the wound body, the corners of the cuts stick into the wound body, and the positive electrode and the negative electrode are reliably short-circuited by penetrating the separator.

特に、このとき、正極に、正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に正極活物質層が存在しない正極露出領域を設ける一方、負極に、負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に負極活物質層が存在しない負極露出領域を設ける構成とした場合には、抵抗値の低い正極集電体と負極集電体の露出領域同士が直接に短絡されることとなり、抵抗値の高い正極活物質層を介しての短絡が生ずることがなく、正極活物質層での昇温が抑制される。   In particular, at this time, the positive electrode is provided with a positive electrode exposed region in which the positive electrode active material layer does not exist on both sides at the end of the positive electrode current collector on the winding center side, while the negative electrode is provided on the winding center side of the negative electrode current collector. When the negative electrode exposed region where the negative electrode active material layer does not exist on both sides is provided at the end of the electrode, the exposed region of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector having a low resistance value are directly short-circuited Thus, no short circuit occurs through the positive electrode active material layer having a high resistance value, and the temperature rise in the positive electrode active material layer is suppressed.

本発明の電池によれば、巻回体の巻回中心に、屈曲した形状の切込みを有する導電性の中心板を設けるようにしたので、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合において正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性が向上する。とりわけ円筒形のセンターピンを用いることのできない角型電池、更には発熱量の大きい大型電池の場合に好適であり、高い安全性を得ることができる。 According to batteries of the present invention, the center of the spirally wound body. Thus providing the conductive central plate having a notch of bent shape, when or broken crushed by an external force Thus, the positive electrode and the negative electrode can be reliably short-circuited, and safety is improved. In particular, it is suitable for a prismatic battery in which a cylindrical center pin cannot be used, and a large battery with a large calorific value, and high safety can be obtained.

特に、負極が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極活物質を含む場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。   In particular, when the negative electrode is capable of occluding and releasing electrode reactants and includes a negative electrode active material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element, the energy density of the battery is Since a larger and higher safety is required, a higher effect can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, each component schematically shows the shape, size, and arrangement relationship to the extent that the present invention can be understood, and is different from the actual size.

(一実施の形態)
図1および図2は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる角型といわれるものであり、ほぼ中空直方体形状の電池缶11の内部に、偏平な巻回体20を有している。
(One embodiment)
1 and 2 show a cross-sectional structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called rectangular shape, and has a flat wound body 20 inside a battery can 11 having a substantially hollow rectangular parallelepiped shape.

電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、負極端子としての機能も有している。この電池缶11は、一端部が閉鎖され他端部が開放されており、開放端部に絶縁板12および電池蓋13が取り付けられることにより電池缶11の内部が密閉されている。絶縁板12は、ポリプロピレンなどにより構成され、巻回体20の上に巻回周面に対して垂直に配置されている。電池蓋13は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成され、電池缶11と共に負極端子としての機能も有している。電池蓋13の外側には、正極端子となる端子板14が配置されている。また、電池蓋13の中央付近には貫通孔が設けられ、この貫通孔に、端子板14に電気的に接続された正極ピン15が挿入されている。端子板14と電池蓋13との間は絶縁ケース16により電気的に絶縁され、正極ピン15と電池蓋13との間はガスケット17により電気的に絶縁されている。絶縁ケース16は、例えばポリブチレンテレフタレートにより構成されている。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and also has a function as a negative electrode terminal. The battery can 11 has one end closed and the other end open, and the inside of the battery can 11 is sealed by attaching an insulating plate 12 and a battery lid 13 to the open end. The insulating plate 12 is made of polypropylene or the like, and is disposed on the wound body 20 perpendicular to the winding peripheral surface. The battery lid 13 is made of, for example, the same material as the battery can 11 and has a function as a negative electrode terminal together with the battery can 11. A terminal plate 14 serving as a positive electrode terminal is disposed outside the battery lid 13. A through hole is provided near the center of the battery lid 13, and a positive electrode pin 15 electrically connected to the terminal plate 14 is inserted into the through hole. The terminal plate 14 and the battery lid 13 are electrically insulated by an insulating case 16, and the positive electrode pin 15 and the battery lid 13 are electrically insulated by a gasket 17. The insulating case 16 is made of, for example, polybutylene terephthalate. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

電池蓋13の周縁付近には開裂弁18および電解液注入孔19が設けられている。開裂弁18は、電池蓋13と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に開裂して内圧の上昇を抑えるようになっている。電解液注入孔19は、例えばステンレス鋼球よりなる封止部材19Aにより塞がれている。   A cleavage valve 18 and an electrolyte injection hole 19 are provided near the periphery of the battery lid 13. The cleaving valve 18 is electrically connected to the battery lid 13 and is cleaved when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating, thereby suppressing an increase in the internal pressure. . The electrolyte injection hole 19 is closed by a sealing member 19A made of, for example, a stainless steel ball.

巻回体20は、正極21と負極22とをセパレータ23を間にして積層し、渦巻き状に巻回したものであり、電池缶11の形状に合わせて偏平な形状に成形されている。巻回体20の正極21にはアルミニウム(Al)などよりなる正極リード24が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード25が接続されている。正極リード24は正極ピン15の下端に溶接されることにより端子板14と電気的に接続されており、負極リード25は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   The wound body 20 is formed by laminating a positive electrode 21 and a negative electrode 22 with a separator 23 therebetween, and is wound in a spiral shape, and is formed into a flat shape in accordance with the shape of the battery can 11. A positive electrode lead 24 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the wound body 20, and a negative electrode lead 25 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 24 is welded to the lower end of the positive electrode pin 15 to be electrically connected to the terminal plate 14, and the negative electrode lead 25 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図3は図1に示した正極21の巻回前の断面構成を表すものである。この正極21は、帯状の正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bを設けたものである。具体的には、正極集電体21Aの外周面側および内周面側に正極活物質層21Bが存在する正極被覆領域21Cを有している。加えて、この正極21では、巻回中心側の端部が正極露出領域21D、すなわち、正極集電体21Aの両面とも正極活物質層21Bが存在せずに露出している領域となっている。   FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the positive electrode 21 shown in FIG. 1 before winding. This positive electrode 21 is obtained by providing a positive electrode active material layer 21B on both surfaces of a strip-shaped positive electrode current collector 21A. Specifically, it has a positive electrode covering region 21C where the positive electrode active material layer 21B exists on the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the positive electrode current collector 21A. In addition, in the positive electrode 21, the end portion on the winding center side is a positive electrode exposed region 21D, that is, a region where both surfaces of the positive electrode current collector 21A are exposed without the presence of the positive electrode active material layer 21B. .

正極集電体21Aは、例えば、厚みが5μm〜50μm程度であり、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   The positive electrode current collector 21A has, for example, a thickness of about 5 μm to 50 μm and is made of a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 5 )などのリチウムを含有しない金属硫化物,金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。 The positive electrode active material layer 21B includes, for example, any one or more of positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium, which is an electrode reactant, as a positive electrode active material. A conductive material and a binder such as polyvinylidene fluoride may be included. The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium does not contain lithium such as titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), or vanadium oxide (V 2 O 5 ). Examples thereof include metal sulfides, metal selenides, metal oxides, etc., or lithium-containing compounds containing lithium.

中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト(Co),ニッケルおよびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, cobalt (Co), nickel and manganese (Mn Among these, those containing at least one of them are preferred. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz 2 (z<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-v Mnv PO4 (v<1))が挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)) or lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) having a spinel structure. Among these, a composite oxide containing nickel is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can also be obtained. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-v Mn v PO 4 (v <1)). Can be mentioned.

図4は、負極22の構成を表したものである。この負極22は、帯状の負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを設けたものである。具体的には、負極集電体22Aの外周面側および内周面側に負極活物質層22Bが存在する負極被覆領域22Cと、巻回中心側の端部に、負極集電体22Aの両面とも負極活物質層22Bが存在せずに露出している負極露出領域22Dとを有している。   FIG. 4 shows the configuration of the negative electrode 22. The negative electrode 22 is obtained by providing a negative electrode active material layer 22B on both surfaces of a strip-shaped negative electrode current collector 22A. Specifically, the negative electrode covering region 22C where the negative electrode active material layer 22B exists on the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the negative electrode current collector 22A, and both surfaces of the negative electrode current collector 22A at the winding center side end. Both have a negative electrode exposed region 22D that is exposed without the negative electrode active material layer 22B.

負極集電体22Aは、例えば、銅箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。この負極集電体22Aの厚みは、例えば5μm〜50μmである。   The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil. The thickness of the negative electrode current collector 22A is, for example, 5 μm to 50 μm.

負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む負極材料が挙げられる。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの1種または2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   The negative electrode active material layer 22B includes, for example, a negative electrode active material, and may include other materials such as a conductive material and a binder as necessary. Examples of the negative electrode active material include a negative electrode material that can occlude and release lithium, which is an electrode reactant, and includes at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. Use of such a negative electrode material is preferable because a high energy density can be obtained. The negative electrode material may be a single element, alloy or compound of a metal element or metalloid element, or may have at least a part of one or more of these phases. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素,ゲルマニウム(Ge),スズ,鉛(Pb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),銀(Ag),亜鉛(Zn),ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)などが挙げられる。   Examples of the metal element or metalloid element constituting the negative electrode material include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium (Ge), tin, lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium Examples thereof include (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum (Pt).

中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体,合金,あるいは化合物、またはスズの単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。   Among these, the negative electrode material preferably includes a group 14 metal element or metalloid element in the long-period periodic table as a constituent element, and particularly preferably includes at least one of silicon and tin as a constituent element. This is because silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained. Specifically, for example, a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, a simple substance, an alloy, or a compound of tin, or a material having one or two or more phases thereof at least in part.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素,ニッケル,銅,鉄(Fe),コバルト(Co),マンガン(Mn),亜鉛(Zn),インジウム(In),銀(Ag),チタン(Ti),ゲルマニウム(Ge),ビスマス(Bi),アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン,ゲルマニウム,ビスマス,アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   Examples of tin alloys include silicon, nickel, copper, iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), zinc (Zn), indium (In), and silver as second constituent elements other than tin. (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and the thing containing at least 1 sort (s) of chromium (Cr) are mentioned. As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.

スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.

中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。   Among these, as this negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A CoSnC-containing material having a cobalt ratio of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.

このCoSnC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素,鉄,ニッケル,クロム,インジウム,ニオブ(Nb),ゲルマニウム,チタン,モリブデン(Mo),アルミニウム(Al),リン(P),ガリウム(Ga)またはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。   This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of other constituent elements include silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium (Nb), germanium, titanium, molybdenum (Mo), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga), or bismuth. Preferably, 2 or more types may be included. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.

なお、このCoSnC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このCoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。   This CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a semimetal element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。   As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.

なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。   In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).

負極活物質としては、また、天然黒鉛,人造黒鉛,難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   As the negative electrode active material, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitizable carbon, or graphitizable carbon may be used. Use of a carbon material is preferable because excellent cycle characteristics can be obtained. Moreover, lithium metal is also mentioned as a negative electrode active material. The negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.

図1に示したセパレータ23は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。   The separator 23 shown in FIG. 1 is composed of a porous film made of a polyolefin-based material such as polypropylene or polyethylene, or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. A structure in which a porous film is laminated may be used.

セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、1, 2−ジメトキシエタン、1, 2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1, 3−ジオキソラン、4メチル1, 3ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。   The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. For example, the electrolytic solution includes a solvent and a lithium salt that is an electrolyte salt. The solvent dissolves and dissociates the electrolyte salt. Solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and 4-methyl. 1,3 dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetic acid ester, butyric acid ester or propionic acid ester, etc. are used, and any one of these or a mixture of two or more are used. May be.

リチウム塩としては、例えば、LiClO4 ,LiAsF6 ,LiPF6 ,LiBF4 ,LiB(C6 5 4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiClあるいはLiBrが挙げられ、これらのいずれか1種または2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, or LiBr. One kind or a mixture of two or more kinds may be used.

更に、本実施の形態では、巻回体20の巻回中心に、中心板30が配置されている。この中心板30は、図5に示したように、ステンレス鋼などの導電性材料よりなる薄い帯状の板状部材であり、屈曲した形状の切込み31が多数設けられている。これにより、この電池では、外力に押し潰された場合に正極21と負極22とを確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができるようになっている。   Further, in the present embodiment, the center plate 30 is disposed at the winding center of the wound body 20. As shown in FIG. 5, the center plate 30 is a thin strip-like plate member made of a conductive material such as stainless steel, and is provided with a number of bent cuts 31. Thereby, in this battery, when crushed by external force, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 can be short-circuited reliably, and safety can be improved.

特に、負極22が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極活物質を含む場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。   In particular, when the negative electrode 22 can occlude and release the electrode reactant and includes a negative electrode active material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element, the energy density of the battery Therefore, a higher effect can be obtained because higher safety is required.

なお、中心板30の材質、厚みは、通常時は所定の強度を保持し、一方、外力により電池が押し潰された場合にはそれと共に潰れ、または折れる程度のものとする。中心板30の厚みは、例えば0.05mm以上5mm以下であることが好ましい。0.05mm未満では強度が弱くなるおそれがあり、5mmよりも厚いと加工や成形が難しくなってしまうからである。短絡部材30の寸法は、二次電池の寸法により異なるが、例えば、幅が3.0mm程度、長さが2.5cm以上8.0cm以下であることが好ましい。   Note that the material and thickness of the center plate 30 normally have a predetermined strength, and on the other hand, when the battery is crushed by an external force, it is crushed or broken along with it. The thickness of the center plate 30 is preferably 0.05 mm or more and 5 mm or less, for example. If the thickness is less than 0.05 mm, the strength may be weakened, and if it is thicker than 5 mm, processing and molding become difficult. Although the dimension of the short-circuit member 30 varies depending on the dimension of the secondary battery, for example, the width is preferably about 3.0 mm and the length is preferably 2.5 cm or more and 8.0 cm or less.

切込み31は、直線状の第1部分31Aと、この第1部分31Aの端部から第1部分31Aと異なる方向、例えば直角に延びる直線状の第2部分31Bとを有している。すなわち、切込み31は所謂L字形をなし、屈曲した部分に凸部31Cを有している。この凸部31Cは、二次電池が外力で押し潰された場合に、巻回体20に食い込み、セパレータ23を貫通して正極21と負極22とをより確実に短絡させるためのものである。なお、切込み31の隅の角は必ずしも直角でなくてもよく、角が丸めてあってもよい。   The cut 31 includes a linear first portion 31A and a linear second portion 31B extending from the end of the first portion 31A in a direction different from the first portion 31A, for example, at a right angle. That is, the cut 31 has a so-called L-shape, and has a convex portion 31C at the bent portion. The convex portion 31C is for biting into the wound body 20 when the secondary battery is crushed by an external force and penetrating the separator 23 to short-circuit the positive electrode 21 and the negative electrode 22 more reliably. In addition, the corner | angular corner of the notch 31 does not necessarily need to be a right angle, and the corner may be rounded.

第1部分31Aおよび第2部分31Bの長さ、すなわち延長方向における寸法は、確実に切込み33の凸部31Cを突出させることのできる程度であることが好ましい。第1部分31Aおよび第2部分31Bの幅、すなわち延長方向に直交する方向における寸法は、例えば0.1mm以上2.0mm以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、第1部分31Aと第2部分31Bとは必ずしも同じ長さでなくてもよい。   It is preferable that the length of the first portion 31A and the second portion 31B, that is, the dimension in the extending direction is such that the convex portion 31C of the cut 33 can be reliably projected. The width of the first portion 31A and the second portion 31B, that is, the dimension in the direction orthogonal to the extending direction is preferably 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, for example. This is because a higher effect can be obtained. Note that the first portion 31A and the second portion 31B do not necessarily have the same length.

第1部分31Aは中心板30の長手方向に平行であり、第2部分31Bは第1部分31Aの端部から垂直に延びていることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。   The first portion 31A is preferably parallel to the longitudinal direction of the center plate 30, and the second portion 31B preferably extends vertically from the end of the first portion 31A. This is because productivity can be improved.

このような切込み31の数または配置などは特に限定されないが、例えば、切込み31相互間の距離Dは0.1mm以上であることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。   The number or arrangement of such cuts 31 is not particularly limited. For example, the distance D between the cuts 31 is preferably 0.1 mm or more. This is because productivity can be improved.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し、正極21を作製する。   First, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and the positive electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like material. A positive electrode mixture slurry is obtained. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to the positive electrode current collector 21A using a doctor blade or a bar coater, and the solvent is dried. Then, the positive electrode active material layer 21B is formed by compression molding using a roll press or the like. Then, the positive electrode 21 is produced.

次いで、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体22Aにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機により圧縮成型して負極合剤層22Bを形成し、負極22を作製する。ロールプレス機は加熱して用いてもよい。また、目的の物性値になるまで複数回圧縮成型してもよい。更に、ロールプレス機以外のプレス機を用いてもよい。   Next, for example, a negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. And Subsequently, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to the negative electrode current collector 22A using a doctor blade or a bar coater, and the solvent is dried. Then, the negative electrode mixture layer 22B is formed by compression molding using a roll press. Then, the negative electrode 22 is produced. The roll press machine may be used by heating. Moreover, you may compression-mold several times until it becomes the target physical-property value. Furthermore, you may use press machines other than a roll press machine.

続いて、正極集電体21Aに正極リード24を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード25を溶接などにより取り付ける。そののち、正極21と負極22とをセパレータ23を間にして積層し図3および図4に示した巻回方向に多数回巻回したのち偏平な形状に成形し、巻回体20を作製する。   Subsequently, the positive electrode lead 24 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 25 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. After that, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are stacked with the separator 23 interposed therebetween, wound many times in the winding direction shown in FIGS. 3 and 4, and then formed into a flat shape to produce the wound body 20. .

そののち、中心板30として、例えばステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を用意し、ワイヤーカットにより切込み31を設け、この中心板30を巻回体20の中心に挿入する。   After that, a thin belt-like plate made of, for example, stainless steel is prepared as the center plate 30, a cut 31 is provided by wire cutting, and the center plate 30 is inserted into the center of the wound body 20.

中心板30を挿入したのち、巻回体20を電池缶11の内部に収容する。続いて、巻回体20の上に絶縁板12を配置し、負極リード25を電池缶11に溶接すると共に、正極リード24を正極ピン15の下端に溶接して、電池缶11の開放端部に電池蓋13をレーザ溶接により固定する。そののち、電解液を電解液注入孔19から電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させたのち、電解液注入孔19を封止部材19Aで塞ぐ。これにより、図1および図2に示した二次電池が完成する。   After inserting the center plate 30, the wound body 20 is accommodated in the battery can 11. Subsequently, the insulating plate 12 is disposed on the wound body 20, the negative electrode lead 25 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 24 is welded to the lower end of the positive electrode pin 15. The battery lid 13 is fixed by laser welding. After that, the electrolytic solution is injected into the inside of the battery can 11 through the electrolytic solution injection hole 19 and impregnated in the separator 23, and then the electrolytic solution injection hole 19 is closed with a sealing member 19A. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。そして、この二次電池では、巻回体20の巻回中心に、切込み31を有する導電性の中心板30が配置されているので、外力が加わることにより電池缶11が変形した場合、中心板30も押し潰され、または折れて、切込み31の凸部31Cが巻回体20に食い込み、セパレータ23を貫通することにより正極21と負極22とが更に確実に短絡される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. When the discharge is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted into the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. And in this secondary battery, since the conductive center plate 30 having the cut 31 is arranged at the winding center of the wound body 20, when the battery can 11 is deformed by the application of external force, the center plate 30 is also crushed or broken, and the convex portion 31 </ b> C of the cut 31 bites into the wound body 20 and penetrates the separator 23, whereby the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are more reliably short-circuited.

更に、この二次電池では、正極21の巻回中心側に両面とも正極活物質層21Bの存在しない正極露出領域21Dが設けられると共に、負極22の巻回中心側にも両面とも負極活物質層22Bの存在しない負極露出領域22Dが設けられているので、中心板30の切込み31が巻回体20に突き刺さり、セパレータ23を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体21Aと負極集電体22Aとの間が直接短絡する。すなわち、本実施の形態では、正極21の正極露出領域21Dと負極22の負極露出領域22Dとの間が中心板30により短絡し、抵抗値の高い正極活物質層21Bを介して短絡することがなくなり、正極活物質層21Bでの昇温が抑制される。   Further, in this secondary battery, a positive electrode exposed region 21D where the positive electrode active material layer 21B does not exist on both sides is provided on the winding center side of the positive electrode 21, and the negative electrode active material layer on both sides also on the winding center side of the negative electrode 22 Since the negative electrode exposed region 22D in which 22B does not exist is provided, the notch 31 of the center plate 30 pierces the wound body 20 and penetrates the separator 23, so that the positive current collector 21A and the negative current collector having a relatively low resistance value 22A is short-circuited directly. That is, in the present embodiment, the positive electrode exposed region 21D of the positive electrode 21 and the negative electrode exposed region 22D of the negative electrode 22 are short-circuited by the center plate 30 and short-circuited via the positive electrode active material layer 21B having a high resistance value. The temperature rise in the positive electrode active material layer 21B is suppressed.

このように本実施の形態では、巻回体20の巻回中心に、屈曲した形状の切込み31を有する導電性の中心板30を設けたので、外力が加わって電池缶11が変形した場合に、切込み31の凸部31Cが巻回体20に突き刺さり、正極21と負極22との間を確実に短絡させることができる。とりわけ円筒形のセンターピンを用いることのできない角型電池や、発熱量の大きい大型電池の場合に好適であり、高い安全性を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, since the conductive center plate 30 having the bent cut 31 is provided at the winding center of the wound body 20, the battery can 11 is deformed when an external force is applied. The convex portion 31 </ b> C of the cut 31 pierces the wound body 20, and the positive electrode 21 and the negative electrode 22 can be reliably short-circuited. In particular, it is suitable for a prismatic battery in which a cylindrical center pin cannot be used or a large battery with a large calorific value, and high safety can be obtained.

また、巻回体20の特に巻回中心側に、正極21では、両面とも正極活物質層21Bの存在しない正極露出領域21D、また、負極22では、両面とも負極活物質層22Bの存在しない正極露出領域22Dが設けられているので、中心板30の切込み31がセパレータ23を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体21Aと負極集電体22Aとの間が直接短絡する。よって、正極活物質層21Bの昇温を抑えつつ、正極21と負極22との間を確実に短絡させることができ、安全性が向上する。   In addition, the positive electrode 21 has a positive electrode exposed region 21D in which no positive electrode active material layer 21B is present on both sides of the wound body 20, particularly on the winding center side. Since the exposed region 22D is provided, when the cut 31 of the center plate 30 penetrates the separator 23, the positive electrode current collector 21A and the negative electrode current collector 22A having a relatively low resistance value are directly short-circuited. Therefore, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 can be reliably short-circuited while suppressing the temperature rise of the positive electrode active material layer 21B, and safety is improved.

特に、負極22が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極活物質を含むようにした場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。   In particular, when the negative electrode 22 is capable of inserting and extracting an electrode reactant and includes a negative electrode active material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element, the battery Since the energy density is high and higher safety is required, higher effects can be obtained.

(変形例)
なお、本実施の形態では、切込み31が規則的な間隔で配置されている場合について説明したが、切込み31は不規則な間隔で配置されていてもよい。また、本実施の形態では、第1部分31Aは中心板30の長手方向に平行であり、第2部分31Bは第1部分31Aに垂直である場合について説明したが、図6に示したように、第1部分31Aおよび第2部分31Bが中心板30の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。
(Modification)
In the present embodiment, the case where the cuts 31 are arranged at regular intervals has been described, but the cuts 31 may be arranged at irregular intervals. In the present embodiment, the first portion 31A is parallel to the longitudinal direction of the center plate 30 and the second portion 31B is perpendicular to the first portion 31A. However, as shown in FIG. The first portion 31 </ b> A and the second portion 31 </ b> B may be disposed obliquely with respect to the longitudinal direction of the center plate 30.

更に、本実施の形態では、第2部分31Bが第1部分31Aの端部から直角の方向に延びている場合について説明したが、第2部分31Bは、図7に示したように、第1部分31Aの端部から鋭角の方向に延びていてもよい。更に、第2部分31Bが第1部分31Aの端部から鋭角の方向に延びており、かつ第1部分31Aと第2部分31Bとが中心板30の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the second portion 31B extends from the end portion of the first portion 31A in a direction perpendicular to the first portion 31A has been described. However, as shown in FIG. You may extend in the acute angle direction from the edge part of 31 A of parts. Further, the second portion 31B extends from the end of the first portion 31A in an acute angle direction, and the first portion 31A and the second portion 31B are disposed obliquely with respect to the longitudinal direction of the center plate 30. Also good.

加えて、切込み31は、直線状の第1部分31Aと、この第1部分31Aに対して交差する直線状の第2部分31Bとを有していてもよい。その際、第2部分31Bは、第1部分31Aに対して、例えば、図8に示したような十字形に交差していてもよいし、図9に示したようなT字形に交差していてもよい。また、第1部分31Aと第2部分31Bとの交差角度は必ずしも直角でなくてもよく、鋭角あるいは鈍角をなしていてもよい。   In addition, the cut 31 may include a linear first portion 31A and a linear second portion 31B that intersects the first portion 31A. At this time, the second portion 31B may intersect with the first portion 31A in a cross shape as shown in FIG. 8, for example, or in a T shape as shown in FIG. May be. Further, the crossing angle between the first portion 31A and the second portion 31B is not necessarily a right angle, and may be an acute angle or an obtuse angle.

更にまた、切込み31は、必ずしも直線により構成されたものに限られず、例えば図10に示したように丸く屈曲した形状であってもよい。   Furthermore, the cut 31 is not necessarily limited to a straight line, and may be a shape that is rounded and bent as shown in FIG. 10, for example.

加えてまた、センターピン30において、図5に示したような切込み31に加えて、図11に示したように、中心板30の辺32に交差する切欠部33を設けるようにしてもよい。切欠部33と辺32との交差部分に形成される角により、切込み31の凸部31Cと同様に、正極21と負極22とを更に確実に短絡させることができ、安全性をより高めることができる。なお、切欠部33の数や配置などは特に限定されず、必ずしも図11に示したように切欠部33と切込み31とが対向する位置に設けられている必要はない。   In addition, the center pin 30 may be provided with a notch 33 that intersects the side 32 of the center plate 30 as shown in FIG. 11 in addition to the notch 31 as shown in FIG. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 can be more reliably short-circuited by the angle formed at the intersection of the notch 33 and the side 32, as in the convex portion 31C of the notch 31, and safety can be further improved. it can. The number and arrangement of the notches 33 are not particularly limited, and the notches 33 and the notches 31 do not necessarily have to be provided at positions facing each other as shown in FIG.

また、切欠部33と併用される切込み31の形状は特に限定されず、上記変形例で説明した他の形状の切込み31を設けてもよい。例えば図12に示したように、図8に示した十字形の切込み31を設けるようにしてもよい。   Moreover, the shape of the cut 31 used together with the notch 33 is not specifically limited, You may provide the cut 31 of the other shape demonstrated in the said modification. For example, as shown in FIG. 12, the cross-shaped cut 31 shown in FIG. 8 may be provided.

切欠部33の辺32に対する交差角度は、特に限定されず、辺32に対して斜めに交差していてもよい。   The intersecting angle of the notch 33 with respect to the side 32 is not particularly limited, and may intersect with the side 32 obliquely.

更にまた、切込み31は、必ずしも中心板30を厚さ方向に貫通する孔である必要はなく、図13に示したように、貫通することなく周囲領域よりも厚さ方向の一部を薄くした薄肉溝であってもよい。切欠部33についても同様である。   Furthermore, the notch 31 does not necessarily have to be a hole that penetrates the center plate 30 in the thickness direction, and as shown in FIG. 13, a part in the thickness direction is made thinner than the surrounding region without penetrating. A thin groove may be used. The same applies to the notch 33.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施例1)
上記一実施の形態で説明した二次電池を作製した。まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを、Li2 CO3 :CoCO3 =0.5:1(モル比)の割合で混合し、空気中において900℃で5時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電剤であるグラファイト6質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調整した。続いて、この正極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体21Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成し正極21を作製した。続いて、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード24を取り付けた。
Example 1
The secondary battery described in the above embodiment was manufactured. First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a ratio of Li 2 CO 3 : CoCO 3 = 0.5: 1 (molar ratio), and 5 ° C. at 900 ° C. in the air. After firing for a time, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material was obtained. Next, 91 parts by mass of this lithium / cobalt composite oxide, 6 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a positive electrode mixture. Subsequently, this positive electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a positive electrode mixture slurry, which is uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21A made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried. Then, the positive electrode active material layer 21B was formed by compression molding with a roll press machine, and the positive electrode 21 was produced. Subsequently, a positive electrode lead 24 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 21A.

また、負極活物質としてCoSnC含有材料を作製した。まず、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、この混合物を遊星ボールミルを用いてメカノケミカル反応を利用して合成し、CoSnC含有材料を得た。   In addition, a CoSnC-containing material was produced as a negative electrode active material. First, cobalt powder, tin powder, and carbon powder were prepared as raw materials, and cobalt powder and tin powder were alloyed to produce a cobalt-tin alloy powder. Then, carbon powder was added to the alloy powder and dry mixed. Subsequently, this mixture was synthesized using a mechanochemical reaction using a planetary ball mill to obtain a CoSnC-containing material.

得られたCoSnC含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は29.3質量%、スズの含有量は49.9質量%、炭素の含有量は19.8質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたCoSnC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このCoSnC含有材料についてXPSを行ったところ、CoSnC含有材料中におけるC1sのピークは284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、CoSnC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。   When the composition of the obtained CoSnC-containing material was analyzed, the cobalt content was 29.3 mass%, the tin content was 49.9 mass%, and the carbon content was 19.8 mass%. . The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the cobalt and tin contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained CoSnC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between diffraction angles 2θ = 20 ° to 50 °. It was. Further, when XPS was performed on the CoSnC-containing material, the C1s peak in the CoSnC-containing material was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the CoSnC-containing material was bonded to other elements.

次いで、このCoSnC含有材料60質量部と、導電剤および負極活物質である人造黒鉛28質量部およびカーボンブラック2質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン10質量部とを混合し、負極合剤を調整した。続いて、この負極合剤を溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体22Aの両面に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層22Bを形成した。そののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード25を取り付けた。   Next, 60 parts by mass of this CoSnC-containing material, 28 parts by mass of artificial graphite as a conductive agent and a negative electrode active material and 2 parts by mass of carbon black, and 10 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed. The agent was adjusted. Subsequently, the negative electrode mixture is dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to form a negative electrode mixture slurry, which is applied to both surfaces of a negative electrode current collector 22A made of a copper foil having a thickness of 15 μm, and dried. The negative electrode active material layer 22B was formed by compression molding with a press. Thereafter, a negative electrode lead 25 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 22A.

続いて、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ23を用意し、正極21,セパレータ23,負極22,セパレータ23の順に積層して積層体を形成したのち、この積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回体20を作製した。得られた巻回体20は、偏平な形状に成形した。   Subsequently, a separator 23 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm was prepared, and a positive electrode 21, a separator 23, a negative electrode 22, and a separator 23 were laminated in this order to form a laminated body. The wound body 20 was produced by winding. The obtained wound body 20 was formed into a flat shape.

そののち、中心板30として、ステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を用意し、ワイヤーカットにより図5に示したようなL字形の切込み31を設け、この中心板30を巻回体20の巻回中心に挿入した。   After that, a thin strip plate made of stainless steel is prepared as the center plate 30, and an L-shaped cut 31 as shown in FIG. 5 is provided by wire cutting, and the center plate 30 is wound around the winding body 20. Inserted in the center.

中心板30を挿入したのち、巻回体20を電池缶11の内部に収容した。続いて、巻回体20の上に絶縁板12を配置し、負極リード25を電池缶11に溶接すると共に、正極リード24を正極ピン15の下端に溶接して、電池缶11の開放端部に電池蓋13をレーザ溶接により固定した。そののち、電解液注入孔19から電池缶11の内部に電解液を注入した。電解液には、炭酸エチレン50体積%と炭酸ジエチル50体積%とを混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1mol/dm3 の含有量で溶解させたものを用いた。最後に、電解液注入孔19を封止部材19Aで塞ぐことにより、厚さ5mm、幅34mm、高さ42mmの角型の二次電池を得た。 After inserting the center plate 30, the wound body 20 was accommodated in the battery can 11. Subsequently, the insulating plate 12 is disposed on the wound body 20, the negative electrode lead 25 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 24 is welded to the lower end of the positive electrode pin 15. The battery lid 13 was fixed by laser welding. After that, an electrolytic solution was injected into the battery can 11 from the electrolytic solution injection hole 19. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt at a content of 1 mol / dm 3 in a solvent obtained by mixing 50% by volume of ethylene carbonate and 50% by volume of diethyl carbonate was used. Finally, the electrolytic solution injection hole 19 was closed with a sealing member 19A to obtain a rectangular secondary battery having a thickness of 5 mm, a width of 34 mm, and a height of 42 mm.

実施例1に対する比較例1として、中心板を設けなかったことを除き、他は実施例1と同様にして二次電池を作製した。また、比較例2として、中心板に切込みを設けなかったことを除き、他は実施例1と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 1 with respect to Example 1, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the center plate was not provided. As Comparative Example 2, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the center plate was not cut.

このようにして得られた実施例1および比較例1,2の二次電池をそれぞれ5個(電池1〜電池5)作製し、圧壊試験を行って発火や破裂の有無を調べた。得られた結果を表1に示す。   Five secondary batteries (Battery 1 to Battery 5) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 thus obtained were prepared, and a crushing test was performed to examine the presence or absence of ignition or rupture. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 0004984551
Figure 0004984551

表1からわかるように、巻回体20の巻回中心に、屈曲した形状の切込み31を有する導電性の中心板30を設けた実施例1によれば破裂が全く生じなかったのに対して、中心板を設けない比較例1、および中心板に切込みを設けない比較例2では5個の二次電池のすべてで破裂が生じた。すなわち、巻回体20の巻回中心に、切込み31を有する中心板30を設けるようにすれば、電池が押し潰されたり折れたりして短絡が発生した場合にも安全性を向上させることができることが分かった。   As can be seen from Table 1, according to Example 1 in which a conductive center plate 30 having a bent cut 31 was provided at the winding center of the wound body 20, no rupture occurred at all. In Comparative Example 1 in which the center plate was not provided, and in Comparative Example 2 in which the notch was not provided in the center plate, rupture occurred in all of the five secondary batteries. That is, if the center plate 30 having the notch 31 is provided at the winding center of the wound body 20, safety can be improved even when a short circuit occurs due to the battery being crushed or broken. I understood that I could do it.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is used as a solvent has been described. However, another electrolyte may be used instead of the electrolytic solution. Other electrolytes include, for example, a gel electrolyte in which an electrolyte is held in a polymer compound, a solid electrolyte having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolyte, or a solid electrolyte and a gel electrolyte. And a mixture thereof.

なお、ゲル状の電解質には電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。そのような高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライドあるいはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。   Note that various polymer compounds can be used for the gel electrolyte as long as it absorbs the electrolyte and gels. Examples of such a polymer compound include a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, an ether-based polymer such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide. A molecular compound, polyacrylonitrile, etc. are mentioned. In particular, a fluorine-based polymer compound is desirable from the viewpoint of redox stability.

固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。   As the solid electrolyte, for example, an organic solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion conductive glass or ionic crystals can be used. At this time, as the polymer compound, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, an acrylate polymer compound alone or mixed, Alternatively, it can be used by copolymerizing in the molecule. As the inorganic solid electrolyte, lithium nitride, lithium iodide, or the like can be used.

更に、本発明は一次電池への適用も可能である。   Furthermore, the present invention can be applied to a primary battery.

加えて、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの長周期型周期表における他の1族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの長周期型周期表における2族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。   In addition, in the above embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, other group 1 elements in the long-period periodic table such as sodium (Na) or potassium (K), or The present invention can also be applied to the case of using elements of Group 2 in the long-period periodic table such as magnesium or calcium (Ca), other light metals such as aluminum, lithium, or alloys thereof. An effect can be obtained. At that time, a negative electrode active material, a positive electrode active material, a solvent, or the like that can occlude and release the electrode reactant is selected according to the electrode reactant.

本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1のII−II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line of FIG. 図1に示した正極の巻回前の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure before winding of the positive electrode shown in FIG. 図1に示した負極の巻回前の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure before winding of the negative electrode shown in FIG. 中心板の構成の一例を表す平面図である。It is a top view showing an example of composition of a center board. 中心板の他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the other structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す平面図である。It is a top view showing the further another structural example of a center board. 中心板の更に他の構成例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the further another structural example of a center board. 従来のセンターピンの一例を表す斜視図である。It is a perspective view showing an example of the conventional center pin.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12…絶縁板、13…電池蓋、14…端子板、15…正極ピン、16…絶縁ケース、17…ガスケット、18…開裂弁、19…電解液注入孔、19A…封止部材、20…巻回体、21…正極、21A…正極集電体、21B…正極活物質層、21C…正極被覆領域、21D…正極露出領域、22…負極、22A…負極集電体、22B…負極活物質層、22C…負極被覆領域、22D…負極露出領域、23…セパレータ、24…正極リード、25…負極リード、30…中心板、31…切込み、32…辺、33…切欠部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12 ... Insulation board, 13 ... Battery cover, 14 ... Terminal board, 15 ... Positive electrode pin, 16 ... Insulation case, 17 ... Gasket, 18 ... Cleavage valve, 19 ... Electrolyte injection hole, 19A ... Sealing 20, wound body, 21, positive electrode, 21 A, positive electrode current collector, 21 B, positive electrode active material layer, 21 C, positive electrode coating region, 21 D, positive electrode exposed region, 22, negative electrode, 22 A, negative electrode current collector, 22 B ... negative electrode active material layer, 22C ... negative electrode coating region, 22D ... negative electrode exposed region, 23 ... separator, 24 ... positive electrode lead, 25 ... negative electrode lead, 30 ... center plate, 31 ... notch, 32 ... side, 33 ... notch

Claims (5)

直方体形状の電池缶と、
帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とのセパレータを間にした積層構造を有すると共に偏平な形状を有し、前記電池缶に収納された巻回体と、
導電性材料により構成されると共に屈曲した形状の切込みを有し、前記巻回体の巻回中心に配置された中心板と
を備えたことを特徴とする電池。
A rectangular parallelepiped battery can,
It has a laminated structure with a separator between a positive electrode having a positive electrode active material layer on the surface of the strip-shaped positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer on the surface of the strip-shaped negative electrode current collector and is flat. A wound body having a shape and housed in the battery can;
A battery comprising: a center plate that is formed of a conductive material and has a bent cut, and is disposed at a winding center of the winding body.
前記正極は、前記正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記正極活物質層が存在しない正極露出領域を有し、前記負極は、前記負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記負極活物質層が存在しない負極露出領域を有する
ことを特徴とする請求項1記載の電池。
The positive electrode has a positive electrode exposed region in which the positive electrode active material layer does not exist on both sides at an end portion on the winding center side of the positive electrode current collector, and the negative electrode is on the winding center side of the negative electrode current collector The battery according to claim 1, further comprising: a negative electrode exposed region in which the negative electrode active material layer does not exist on both sides at the end of the battery.
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極活物質を含むことを特徴とする請求項1記載の電池。   2. The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode is capable of inserting and extracting an electrode reactant, and includes a negative electrode active material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element. battery. 前記負極は、前記負極活物質として、スズ(Sn)およびケイ素(Si)のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含むことを特徴とする請求項3記載の電池。   The battery according to claim 3, wherein the negative electrode includes a material containing at least one of tin (Sn) and silicon (Si) as a constituent element as the negative electrode active material. 前記負極は、前記負極活物質として、スズと、コバルト(Co)と、炭素(C)とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC含有材料を含むことを特徴とする請求項3記載の電池。   The negative electrode includes tin, cobalt (Co), and carbon (C) as constituent elements as the negative electrode active material, and the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, 4. The battery according to claim 3, further comprising a CoSnC-containing material in which a ratio of cobalt to a total of tin and cobalt is 30% by mass or more and 70% by mass or less.
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