JP5348720B2 - Flat non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、安全性が良好な扁平形非水二次電池に関するものである。 The present invention relates to a flat non-aqueous secondary battery with good safety.
一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の非水二次電池では、正極と負極とがセパレータを介して対向して構成された電極体と、非水電解液とを、外装ケースと封口ケースとガスケットとで形成された空間内に収容した構造を有している。 In a flat non-aqueous secondary battery generally called a coin-type battery or a button-type battery, an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween, and a non-aqueous electrolyte are used as an outer case. And a structure accommodated in a space formed by a sealing case and a gasket.
前記のような扁平形非水二次電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極合剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極合剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、この集電タブを折り曲げるなどして端子を兼ねる外装ケースや封口ケースとの電気的接続に利用しているものがある。 In the flat non-aqueous secondary battery as described above, a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer is formed on one side or both sides of the current collector on the positive electrode and the negative electrode, and a part of the current collector is mixed with the positive electrode mixture. It is exposed without forming a material layer or negative electrode mixture layer, and this is used as a current collecting tab, and this current collecting tab is used for electrical connection with an outer case or sealing case that also serves as a terminal by bending it. There is something.
また、前記のような正極を袋状に成形したセパレータ内に挿入し、負極と積層して構成した電極群を有する扁平形非水二次電池も知られている(特許文献1)。この電池では、袋状のセパレータを形成するにあたり、2枚のセパレータの間にポリエステル樹脂フィルムなどの絶縁性高分子フィルムを配置し、このフィルムの表面に設けた接着成分によって、フィルムとセパレータとを接着している。 A flat non-aqueous secondary battery having an electrode group in which the positive electrode as described above is inserted into a bag-shaped separator and laminated with the negative electrode is also known (Patent Document 1). In this battery, when forming a bag-shaped separator, an insulating polymer film such as a polyester resin film is disposed between two separators, and the film and the separator are separated by an adhesive component provided on the surface of the film. Glued.
ところで、非水二次電池には、通常、ポリエチレンなどのポリオレフィンで構成された微多孔膜(微孔性フィルム)をセパレータとして使用することが一般的である。こうした微多孔膜は、通常、一軸延伸や二軸延伸を行う工程を経て製造されるが、延伸によってひずみが生じているため、高温に曝されると収縮が生じやすい。非水二次電池内が高温状態となって、セパレータに収縮が起こると、正極と負極とが直接接触して短絡が生じてしまう虞がある。 By the way, it is common to use a microporous film (microporous film) made of polyolefin such as polyethylene as a separator for non-aqueous secondary batteries. Such a microporous membrane is usually manufactured through a process of performing uniaxial stretching or biaxial stretching, but since distortion occurs due to stretching, the microporous film is likely to shrink when exposed to high temperatures. When the inside of the non-aqueous secondary battery is in a high temperature state and the separator contracts, the positive electrode and the negative electrode may be in direct contact with each other, causing a short circuit.
一方、前記の袋状のセパレータを用いた電池の場合、正極を包む2枚のセパレータ同士が接合しているため、高温下においてもセパレータの収縮が生じ難い。しかしながら、場合によっては、高温下における短絡の抑制効果が、必ずしも良好でないことが本発明者の検討により明らかとなった。 On the other hand, in the case of a battery using the bag-shaped separator, since the two separators enclosing the positive electrode are joined to each other, the separator is unlikely to contract even at high temperatures. However, in some cases, the inventor's investigation has revealed that the short-circuit suppressing effect at high temperatures is not necessarily good.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温下における安全性が良好な扁平形非水二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide the flat type non-aqueous secondary battery with favorable safety | security under high temperature.
前記目的を達成し得た本発明の扁平形非水二次電池は、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、少なくとも、両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、前記2枚のセパレータは、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有しており、かつ前記2枚のセパレータは、その主体部の周縁部の少なくとも一部において、前記2枚のセパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成された層を介して溶着された接合部を有していることを特徴とするものである。 The flat non-aqueous secondary battery of the present invention that has achieved the above-described object has a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes in a space formed by caulking and sealing an outer case and a sealing case via an insulating gasket. Is a flat non-aqueous secondary battery having electrode groups and non-aqueous electrolytes alternately stacked via separators, and the positive electrode protrudes from the main body portion in a plan view. A positive electrode mixture layer including a positive electrode active material on one or both sides of the current collector is formed on the main body portion of the positive electrode. In the current collector tab portion of the positive electrode, a positive electrode mixture layer is not formed on the current collector, and the negative electrode protrudes from the main body portion and the main body portion in plan view. And a current collector tab portion having a narrow width, and the main body portion of the negative electrode has one surface of the current collector or A negative electrode agent layer containing a negative electrode active material is formed on the surface, and in the current collecting tab portion of the negative electrode, the negative electrode agent layer is not formed on the current collector, and at least both sides face the negative electrode Separators made of a microporous film made of a thermoplastic resin are disposed on both surfaces of the positive electrode, and the two separators protrude from the main body, a main body covering the entire main body of the positive electrode, and the positive electrode Of the current collecting tab portion, and a projecting portion that covers at least a portion including the boundary portion with the main body portion, and at least a part of the peripheral portion of the main portion of the two separators, It has the junction part welded through the layer comprised with the same kind of resin as the thermoplastic resin which comprises the separator of a sheet | seat, It is characterized by the above-mentioned.
なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本発明の扁平形非水二次電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。 In the battery industry, a flat battery with a diameter larger than the height is called a coin-type battery or a button-type battery, but there is a clear gap between the coin-type battery and the button-type battery. There is no difference, and the flat non-aqueous secondary battery of the present invention includes both coin-type batteries and button-type batteries.
本発明によれば、高温下における安全性が良好な扁平形非水二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a flat non-aqueous secondary battery with good safety at high temperatures.
図1および図2に、本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に示す。図1は、扁平形非水二次電池の電池ケース(外装ケース2および封口ケース3)および絶縁ガスケット4部分の断面を表す縦断面図であり、図2は図1の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。図1および図2に示すように、扁平形非水二次電池1は、正極5および負極6を、それらの平面が電池の扁平面に略平行(平行を含む)となるように積層した積層型の電極群と、非水電解液(図示しない)とが、外装ケース2、封口ケース3および絶縁ガスケット4により形成される空間(密閉空間)内に収容されている。封口ケース3は、外装ケース2の開口部に絶縁ガスケット4を介して嵌合しており、外装ケース2の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット4が封口ケース3に当接することで、外装ケース2の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース2および封口ケース3は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット4は、ポリプロピレンなどの絶縁性を有する樹脂製である。
1 and 2 schematically show an example of the flat non-aqueous secondary battery of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a cross section of a battery case (
図3に正極5の平面図を模式的に示しているが、正極5は、本体部5aと、平面視で、本体部5aから突出した、本体部5aよりも幅(図3中上下方向の長さ)の狭い集電タブ部5bとを有している。
FIG. 3 schematically shows a plan view of the
正極5の本体部5aは、集電体(図2中52)の片面または両面に、正極合剤層51が形成されている。そして、正極5の集電タブ部5bは、集電体52表面に正極合剤層が形成されておらず、集電体52が露出している。
As for the main-
また、負極についても、正極5と同様に、本体部と、平面視で、本体部から突出した、本体部よりも幅の狭い集電タブとを有しており、図1や図2に示すように、負極6の本体部6aは、集電体62の片面または両面に、負極剤層61が形成されている。また、負極6の集電タブ部6bは、集電体62表面に負極剤層が形成されておらず、集電体62が露出している。
The negative electrode also has a main body portion and a current collecting tab that protrudes from the main body portion in a plan view and is narrower than the main body portion, as in the
図1および図2に示す電池では、電極群の上下両端が負極6B、6Bとなっており、これらの負極6B、6Bは、集電体62の片面(電池内側の面)にのみ、負極剤層61を有している。そして、電極群における図中上側の負極6Bの集電体62の露出面が、封口ケース3の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図1および図2に示す電池では、封口ケース3は負極端子を兼ねている。
In the battery shown in FIG. 1 and FIG. 2, the upper and lower ends of the electrode group are
そして、電極群の有する全ての負極6(集電体62の両面に負極剤層61が形成された負極6Aおよび集電体62の片面に負極剤層61が形成された負極6B)は、それらの集電タブ部6bを介して互いに電気的に接続している。なお、各負極6の集電タブ部6bの接続は、例えば溶接により行うことができる。
And all the negative electrodes 6 (the negative electrode 6A in which the negative
また、図1および図2に示す電池では、各正極5の集電タブ部5bが互いに電気的に接続し、かつ外装ケース2の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図1および図2に示す電池では、外装ケース2は正極端子を兼ねている。なお、図1および図2に示す電池では、電極群の最下部に位置する負極6Bと、正極端子を兼ねる外装ケース2とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール8が配置されている。
Further, in the battery shown in FIGS. 1 and 2, the current
図4に、本発明の電池に係るセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図4では、セパレータ7とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ7の下に配置される正極5を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部6bを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ9を二点鎖線で示している。また、図4に示す正極5は、電極群において、その両側(両面)が負極と対向するものであり、図4では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ7の上側(図中手前方向)には、少なくとも負極が配置される。
FIG. 4 schematically shows a plan view of the separator according to the battery of the present invention. In FIG. 4, assuming the case of a stacked electrode group in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are stacked together with the
図4に示すように、セパレータ7と、正極5(図中点線で表示)を介してその下側(図中奥行き方向)に配置される他のセパレータとは、その周縁部において両者が接合した接合部7c(図中、格子模様で表示)を有している。すなわち、セパレータ7と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で接合されて袋状となっており、その内部に正極5を収容している。
As shown in FIG. 4, the
セパレータ7は、正極5の本体部5a全面を覆う主体部7a(すなわち、正極5の本体部5aよりも平面視での面積が大きな主体部7a)と、主体部7aから突出し、正極5の集電タブ部5bの、本体部5aとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部7bと を有している。そして、セパレータ7の主体部7aの周縁部の少なくとも一部に、正極5の両面に配置された2枚のセパレータ(セパレータ7と、正極5の下側に配置されたセパレータ)を接合した接合部7cを設けている。
The
セパレータの接合部7cは、2枚のセパレータの周縁部を、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させて溶着することで形成する。例えば、セパレータ間に、セパレータの構成樹脂とは異なる種類の樹脂で構成された層を別途介在させ、この層と2枚のセパレータとを溶着したり、この層の両面に接着剤などを塗布し、この接着剤を介して2枚のセパレータと接着したりして接合部を形成した場合には、セパレータの他の部分に比べて接合部の強度が小さくなりやすいため、例えば電池内が高温となってセパレータに収縮が生じた際に、接合部が剥離して正極と負極とが直接接触する虞がある。 The separator joining portion 7c is formed by welding the peripheral portions of the two separators with a layer made of the same kind of resin as the thermoplastic resin constituting the separator interposed therebetween. For example, a layer made of a resin different from the separator resin is interposed between the separators, and this layer and two separators are welded together, or an adhesive is applied to both sides of this layer. When the bonded portion is formed by bonding with two separators via this adhesive, the strength of the bonded portion is likely to be smaller than other portions of the separator. Thus, when the separator contracts, the bonded portion may peel off and the positive electrode and the negative electrode may be in direct contact with each other.
これに対し、本発明の電池では、前記の通り、2枚のセパレータの周縁部を、セパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させつつ溶着して接合部を形成することから、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となる。そのため、電池内温度が、セパレータに収縮が生じ得るような高温となっても、接合部の剥離が良好に抑制されてセパレータの収縮が抑えられ、正極と負極との接触が防止されることから、高い安全性を有する電池となる。 On the other hand, in the battery of the present invention, as described above, the peripheral portion of the two separators is welded while interposing a layer made of the same kind of resin as the constituent resin of the separator to form a joint portion. In addition, the strength of the joined portion is substantially equal to the strength of the separator itself. For this reason, even if the temperature inside the battery is high enough to cause the separator to shrink, the separation of the joint is suppressed well, the separator is prevented from shrinking, and the contact between the positive electrode and the negative electrode is prevented. It becomes a battery having high safety.
また、2枚のセパレータの間に介在する前記層は、正極のガイドとしての役割も果たし得るものであり、かかる層の存在によって、2枚のセパレータを接合し、かつこれらの間に正極を配する際の正極の位置ずれが防止できることから、電極群の生産性、ひいては、これを用いた電池の生産性を高めることができる。 The layer interposed between the two separators can also serve as a guide for the positive electrode. The presence of such a layer joins the two separators and arranges the positive electrode between them. Since the displacement of the positive electrode during the process can be prevented, the productivity of the electrode group, and hence the productivity of the battery using the same can be improved.
なお、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図4に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部7d、7dとして残してもよい。2枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、1枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部7d、7dを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題(発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題)の発生を防止できる。
In addition, although all the peripheral parts which concern on the main part of a separator may be a junction part, as shown in FIG. 4, for example, as shown in FIG. You may leave as 7d and 7d. After the two separators are welded to form a bag, the positive electrode is accommodated therein, the positive electrode is disposed on one separator, and the separator is further disposed on the positive electrode. When the positive electrode is housed in a separator that is welded to form a bag, air may remain in the separator. However, when manufacturing a battery using such a positive electrode, when the outer case and the sealing case are caulked, the residual air is well discharged outside the separator through the
セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は1〜5個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ(張り出し部を除く外縁の全長さ)の15〜60%程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの40%以上(好ましくは70%以上)が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。 When providing a non-welding part in the peripheral part of a separator, it is preferable that the number shall be about 1-5 from a viewpoint of suppressing the productivity fall of a battery. Moreover, when providing a non-welding part in the peripheral part of a separator, the length of the outer edge of the non-welding part related to the main part of the separator is the total length of the outer edge related to the main part of the separator (the total length of the outer edge excluding the overhanging part) Is preferably about 15 to 60%. That is, in the main part of the separator, it is preferable that 40% or more (preferably 70% or more) of the entire length of the outer edge is a joined part, thereby ensuring good joining strength between the separators. Can do.
2枚のセパレータの周縁部に接合部を形成するとともに、これらのセパレータの間に正極を収容するには、例えば、1枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、1枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、2枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。 In order to form a joint portion at the peripheral edge of two separators and accommodate the positive electrode between these separators, for example, the layer is placed at a place where it is planned to be a joint portion on one separator. A film is placed, a positive electrode is disposed on the separator, and a separator is further stacked thereon, and then a peripheral portion of these separators is welded. In addition, a film to be the layer is placed in a place where it is planned to become a joint portion on one separator, and the separator and the film are previously welded. Adopting a method of laminating the peripheral portion by overlapping, or a method of inserting a positive electrode between these separators after forming a joined portion by interposing a film serving as the layer between two separators. You can also.
セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より10〜50℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、1〜10秒程度とする。 For example, the peripheral edge of the separator can be welded by a hot press. In this case, the heating temperature may be a temperature higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the separator, but for example, the heating temperature is preferably 10 to 50 ° C. higher than the melting point. Moreover, about the time of a hot press, if a junction part can be formed satisfactorily, there will be no restriction | limiting, However, Usually, it shall be about 1 to 10 second.
なお、前記の通り、セパレータを構成する微多孔膜は、通常、延伸工程を経て製造されるが、一般には、その製造方向(MD方向)におけるひずみが、製造方向に直交する方向(TD方向)に比べて大きくなる。そのため、こうした微多孔膜では、熱収縮率に異方性があり、MD方向に相当する方向の熱収縮率が大きい一方で、TD方向では熱収縮率が小さくなる。 As described above, the microporous membrane constituting the separator is usually produced through a stretching process, but generally, the strain in the production direction (MD direction) is perpendicular to the production direction (TD direction). Larger than Therefore, in such a microporous film, the thermal shrinkage rate is anisotropic, and the thermal shrinkage rate in the direction corresponding to the MD direction is large, while the thermal shrinkage rate is small in the TD direction.
そこで、例えば、任意の方向A(通常、微多孔膜のMD方向に相当する)における100℃での熱収縮率Caが1〜20%であり、かつ方向Aに直交する方向B(通常、微多孔膜のTD方向に相当する)における100℃での熱収縮率をCb(%)としたとき、熱収縮率Caと熱収縮率Cbとの比Ca/Cbが、好ましくは1.5以上、より好ましくは2以上である微多孔膜からなるセパレータを使用して電極群を構成する場合には、前記方向Aおよび前記方向Bが、特定の向きとなるようにセパレータを配置することが好ましい。なお、セパレータ(セパレータを構成する微多孔膜)の熱収縮率Cbは、0〜10%であることが好ましい。 Therefore, for example, the heat shrinkage ratio Ca at 100 ° C. in an arbitrary direction A (usually corresponding to the MD direction of the microporous film) is 1 to 20%, and a direction B (usually fine) when the thermal shrinkage at 100 ° C. in corresponding to the TD direction of the porous film) was Cb (%), the ratio Ca / C b of the thermal shrinkage Ca and thermal shrinkage Cb is preferably 1.5 or more In the case where the electrode group is configured by using a separator made of a microporous membrane that is more preferably 2 or more, it is preferable to arrange the separator so that the direction A and the direction B are in a specific direction. . In addition, it is preferable that the thermal contraction rate Cb of a separator (microporous film which comprises a separator) is 0 to 10%.
図4では、セパレータ7を構成する微多孔膜における前記方向Aを点線の矢印で、前記方向Bを実線の矢印で示しているが、具体的には、この図4に示すように、正極5の両面に存在するセパレータ7を、前記方向Bが、正極5の集電タブ部5bが本体部5aから突出する方向(図中横方向)に略平行(平行を含む。以下同じ。)となるように配置することが好ましい。
In FIG. 4, the direction A in the microporous membrane constituting the
図4にも示している通り、本発明の電池では、正極5の両面に配置される2枚のセパレータ7は、主体部7aの周縁部の少なくとも一部を接合部7cとしているが、張り出し部7bの周縁部のうち、少なくとも正極5の集電タブ部5bが突出する部分は、接合部とすることができない。そのため、例えば、セパレータ7の熱収縮率が大きな方向(前記方向A)が、正極5の集電タブ部5bが本体部5aから突出する方向に略平行となるようにセパレータ7を配置した場合には、電池内が高温となった際に、張り出し部7bにおいて大きな収縮が生じ、正極5の集電タブ部5bにおける本体部5aとの境界部近傍(すなわち、正極5と隣接する負極の近傍)が露出して、かかる部分が負極と接して短絡が生じる虞がある。
As shown in FIG. 4, in the battery of the present invention, the two
しかしながら、セパレータ7における前記方向Bを、正極5の集電タブ部5bが本体部5aから突出する方向に略平行とした場合には、電池内が高温となった際にも、張り出し部7bにおける収縮が抑制されるため、正極5の集電タブ部5bと負極との接触を防止でき、短絡の発生を抑えることが可能となる。
However, when the direction B in the
なお、セパレータ7における前記方向Bを、正極の集電タブ部5bが本体部5aから突出する方向に略平行とした場合、より熱収縮しやすい前記方向Aは、図4中点線の矢印で示す方向となるが、かかる方向では、セパレータ7の周縁部に形成する接合部7cによって高温時の収縮が抑制される。
When the direction B in the
よって、セパレータを前記のように配置して構成した電極群を用いることで、電池の高温下における安全性を更に高めることができる。 Therefore, the safety of the battery at high temperatures can be further enhanced by using the electrode group configured by arranging the separator as described above.
なお、本明細書でいうセパレータ(セパレータを構成する微多孔膜)の熱収縮率CaおよびCbは、100℃の恒温槽にセパレータを1時間投入し、その前後でのセパレータの寸法を投影機で測定し、下記式により算出する。
熱収縮率(%) = 100×(投入前寸法−投入後寸法)/(投入前寸法)
In addition, the thermal contraction rate Ca and Cb of the separator (microporous film constituting the separator) referred to in the present specification is determined by placing the separator in a constant temperature bath at 100 ° C. for 1 hour, and measuring the dimensions of the separator before and after that with a projector. Measure and calculate by the following formula.
Thermal shrinkage (%) = 100 x (dimension before throwing-dimension after throwing) / (dimension before throwing)
図1および図2に示した電池では、電極群に係る上下両端の電極(最外部の2つの電極)がいずれも負極であるが、本発明の電池では、図1や図2に示す態様とは異なり、電極群に係る上下両端の電極(最外部の2つの電極)のうち、一方または両方を正極としてもよい。また、電極群の最外部の電極のうち、正極端子を兼ねる電池ケース(例えば外装ケース)に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池ケース(例えば外装ケース)と接していてもよく、集電体の片面(電池内側となる面)のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面が、正極端子を兼ねる電池ケース(例えば外装ケース)の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続していてもよい。 In the battery shown in FIG. 1 and FIG. 2, both the upper and lower electrodes (the two outermost electrodes) in the electrode group are negative electrodes. In the battery of the present invention, the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. In contrast, one or both of the upper and lower electrodes (the two outermost electrodes) in the electrode group may be used as a positive electrode. In addition, when the electrode on the side close to the battery case (for example, the outer case) that also serves as the positive electrode terminal is used as the positive electrode among the outermost electrodes of the electrode group, this positive electrode has a positive electrode mixture layer on both sides of the current collector. However, it may be in contact with a battery case (for example, an exterior case) that also serves as a positive electrode terminal only at the current collecting tab portion, and has a positive electrode mixture layer only on one side of the current collector (the surface inside the battery). The exposed surface of the body may be electrically connected by being welded to the inner surface of a battery case (for example, an exterior case) that also serves as the positive electrode terminal, or by direct contact without being welded.
なお、電極群に係る上下両端の電極(最外部の2つの電極)の両方を正極とした場合、負極端子を兼ねる電池ケース(例えば封口ケース)と負極との接続は、各負極の集電タブ部を互いに電気的に接続し、かつこれらを、負極端子を兼ねる電池ケース(例えば封口ケース)の内面と溶接するか、または溶接せずに直接接触させる方法で行うことができる。 When both the upper and lower electrodes (the two outermost electrodes) in the electrode group are positive electrodes, the connection between the negative electrode terminal and the battery case (for example, a sealing case) and the negative electrode is connected to the current collecting tab of each negative electrode. The parts can be electrically connected to each other, and these can be welded to the inner surface of a battery case (for example, a sealing case) that also serves as the negative electrode terminal, or directly contacted without welding.
また、本発明の電池では、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部に配置される正極、すなわち片側(片面)のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく(更に、これらの2枚のセパレータに接合部を形成してもよい)、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。更に、電極群に係る最外部の電極の両方を正極とし、これらの正極の両面にセパレータを配置しない場合には、負極端子を兼ねる電池ケースと電極群の最外部の正極との間には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シールなどの絶縁体を配置する。 Further, in the battery of the present invention, separators are disposed on both surfaces of the positive electrode at least on both sides facing the negative electrode, but only the positive electrode disposed on the outermost part of the electrode group, that is, one side (one surface) is opposed to the negative electrode. With respect to the positive electrode, separators may be disposed on both surfaces thereof (joint portions may be formed on these two separators), or the separator may be disposed only on the surface facing the negative electrode. Absent. Furthermore, when both the outermost electrodes related to the electrode group are positive electrodes, and separators are not arranged on both surfaces of these positive electrodes, the battery case serving also as the negative electrode terminal and the outermost positive electrode of the electrode group, An insulator such as an insulating seal made of a tape formed of polyethylene terephthalate (PET) or polyimide is disposed.
また、各正極の集電タブ部と正極端子を兼ねる電池ケースとの電気的接続、および各負極の集電タブ部と負極端子を兼ねる電池ケースとの電気的接続には、正極や負極とは別体のリード体(金属箔などで構成されたリード体)を介して行ってもよい。 Also, for the electrical connection between the current collecting tab portion of each positive electrode and the battery case that also serves as the positive electrode terminal, and the electrical connection between the current collecting tab portion of each negative electrode and the battery case that also serves as the negative electrode terminal, You may perform via a separate lead body (lead body comprised with metal foil etc.).
本発明の電池に係る正極の正極合剤層は、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含有する層である。 The positive electrode mixture layer of the positive electrode according to the battery of the present invention is a layer containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder and the like.
本発明の電池に係る正極活物質としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1−yO2、LixCoyM1−yO2、LixNi1−yMyO2、LixMnyNizCo1−y−zO2、LixMn2O4、LixMn2−yMyO4などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる(ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Mは、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、AlおよびCrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素であり、0≦x≦1.1、0<y<1.0、2.0≦z≦2.2である。)。これらの正極活物質は1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。
Examples of the positive electrode active material according to the battery of the present invention include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , and Li x Co y M 1-y O 2. lithium transition metal composite such as Li x Ni 1-y M y
また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンラバーなどが挙げられる。 Moreover, as a conductive support agent of a positive electrode, carbon black, scale-like graphite, ketjen black, acetylene black, fibrous carbon etc. are mentioned, for example. Furthermore, examples of the binder for the positive electrode include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), carboxymethyl cellulose, and styrene butadiene rubber.
正極は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダとを混合して得られる正極合剤を水または有機溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し(この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを正極活物質などと混合して正極合剤含有ペーストを調製してもよい)、その正極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって正極合剤層を形成して作製される。ただし、正極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。 For the positive electrode, for example, a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder is dispersed in water or an organic solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste (in this case, the binder is preliminarily mixed with water or It may be dissolved or dispersed in a solvent and mixed with a positive electrode active material or the like to prepare a positive electrode mixture-containing paste), and the positive electrode mixture-containing paste is made of metal foil, expanded metal, plain weave metal mesh, etc. It is manufactured by forming a positive electrode mixture layer by applying it to one or both sides of a current collector, drying it, and then press-molding it. However, the method for manufacturing the positive electrode is not limited to the above-described method, and other methods may be used.
正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤100質量%中、正極活物質を75〜90質量%、導電助剤を5〜20質量%、バインダを3〜15質量%とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、30〜200μmであることが好ましい。 As a composition of the positive electrode, for example, in 100% by mass of the positive electrode mixture constituting the positive electrode, the positive electrode active material is 75 to 90% by mass, the conductive additive is 5 to 20% by mass, and the binder is 3 to 15% by mass. Is preferred. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive mix layer is 30-200 micrometers, for example.
正極の集電体の素材としては、アルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、8〜20μmであることが好ましい。 The material for the current collector of the positive electrode is preferably aluminum or an aluminum alloy. From the viewpoint of reducing the total thickness of the positive electrode and increasing the number of layers of the positive electrode and the negative electrode in the battery to increase the facing area between the positive electrode mixture layer and the negative electrode agent layer and improving the load characteristics of the battery, It is preferable to use a metal foil for the current collector. Moreover, it is preferable that the thickness of a collector is 8-20 micrometers, for example.
本発明の電池に係る負極としては、活物質に、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどを有する負極が挙げられる。 Examples of the negative electrode according to the battery of the present invention include a negative electrode having lithium, a lithium alloy, a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, lithium titanate, and the like as an active material.
負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば1〜15原子%であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。 Examples of the lithium alloy that can be used for the negative electrode active material include lithium alloys that reversibly alloy with lithium, such as lithium-aluminum and lithium-gallium, and the lithium content is, for example, 1 to 15 atomic%. Is preferred. Examples of the carbon material that can be used for the negative electrode active material include artificial graphite, natural graphite, low crystalline carbon, coke, and anthracite.
負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式LixTiyO4で表され、xとyがそれぞれ、0.8≦x≦1.4、1.6≦y≦2.2の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にx=1.33、y=1.67の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式LixTiyO4で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを760〜1100℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。 The lithium titanate that can be used for the negative electrode active material is represented by the general formula Li x Ti y O 4 , and x and y are 0.8 ≦ x ≦ 1.4 and 1.6 ≦ y ≦ 2.2, respectively. Lithium titanate having a stoichiometric number is preferable, and lithium titanate having a stoichiometric number of x = 1.33 and y = 1.67 is particularly preferable. The lithium titanate represented by the general formula Li x Ti y O 4 can be obtained, for example, by heat-treating titanium oxide and a lithium compound at 760 to 1100 ° C. As the titanium oxide, either anatase type or rutile type can be used, and examples of the lithium compound include lithium hydroxide, lithium carbonate, and lithium oxide.
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、リチウムやリチウム合金を金属網などの集電体に圧着することで、集電体の表面にリチウムやリチウム合金などからなる負極剤層を形成して得ることができる。他方、負極活物質として炭素材料やチタン酸リチウムを用いる場合は、例えば、負極活物質としての炭素材料やチタン酸リチウムとバインダ、更には必要に応じて導電助剤を混合して得られる負極合剤を水または有機溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し(この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを負極活物質などと混合して負極合剤含有ペーストを調製してもよい)、その負極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって負極剤層(負極合剤層)を形成して負極を作製することができる。ただし、負極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。 When the negative electrode active material is lithium or a lithium alloy, the negative electrode is formed by bonding the lithium or lithium alloy to a current collector such as a metal network to form a negative electrode layer made of lithium or lithium alloy on the surface of the current collector. Can be obtained. On the other hand, when a carbon material or lithium titanate is used as the negative electrode active material, for example, a negative electrode composite obtained by mixing a carbon material or lithium titanate with a binder as the negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive. The negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing the agent in water or an organic solvent (in this case, the binder is previously dissolved or dispersed in water or solvent, and mixed with the negative electrode active material or the like to contain the negative electrode mixture) The paste containing the negative electrode mixture may be applied to a current collector made of metal foil, expanded metal, plain weave metal mesh, etc., dried, and then pressed to form a negative electrode layer (negative electrode composite). The negative electrode can be produced by forming an agent layer. However, the manufacturing method of the negative electrode is not limited to the above-described method, and other methods may be used.
なお、負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。 In addition, as a binder and conductive support agent which concern on a negative electrode, the various binders and conductive support agent which were illustrated previously as what can be used for a positive electrode can be used.
負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤100質量%中、炭素材料を80〜95質量%、バインダを3〜15質量%とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を5〜20質量%とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤100質量%中、チタン酸リチウムを75〜90質量%、バインダを3〜15質量%とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を5〜20質量%とすることが好ましい。 The composition of the negative electrode when a carbon material is used as the negative electrode active material is, for example, that the carbon material is 80 to 95% by mass and the binder is 3 to 15% by mass in 100% by mass of the negative electrode mixture constituting the negative electrode. Moreover, when using together a conductive support agent, it is preferable that a conductive support agent shall be 5-20 mass%. On the other hand, the composition of the negative electrode when lithium titanate is used as the negative electrode active material is, for example, 75 to 90% by mass of lithium titanate and 3 to 15% by mass of the binder in 100% by mass of the negative electrode mixture constituting the negative electrode. In addition, when a conductive auxiliary is used in combination, the conductive auxiliary is preferably 5 to 20% by mass.
負極における負極剤層(負極合剤層を含む)の厚みは、例えば、40〜200μmであることが好ましい。 The thickness of the negative electrode layer (including the negative electrode mixture layer) in the negative electrode is preferably 40 to 200 μm, for example.
負極の集電体の素材としては、銅や銅合金が好ましい。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、5〜30μmであることが好ましい。 The material for the current collector of the negative electrode is preferably copper or a copper alloy. From the viewpoint of reducing the total thickness of the negative electrode and increasing the number of layers of the positive electrode and negative electrode in the battery to increase the facing area between the positive electrode mixture layer and the negative electrode agent layer, and improving the load characteristics of the battery, It is preferable to use a metal foil for the current collector. Moreover, it is preferable that the thickness of a collector is 5-30 micrometers, for example.
セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜180℃のポリオレフィンがより好ましい。 A separator made of a microporous film made of a thermoplastic resin is used. As the thermoplastic resin constituting the separator, for example, polyolefins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-propylene copolymer, polymethylpentene, and the like are preferable. From the viewpoint of arranging and welding the same type of resin as the constituent resin, the melting point, that is, the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of JIS K 7121 is 100. A polyolefin of ˜180 ° C. is more preferable.
セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜(電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム)が好ましい。 As the form of the microporous film made of the thermoplastic resin constituting the separator, any form may be used as long as it has an ionic conductivity sufficient to obtain the required battery characteristics. Or the ion-permeable microporous film (microporous film currently used widely as a battery separator) which has many holes formed by the wet extending | stretching method etc. is preferable.
セパレータの厚みは、例えば、5〜25μmであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、30〜70%であることが好ましい。 The thickness of the separator is preferably, for example, 5 to 25 μm, and the porosity is preferably, for example, 30 to 70%.
また、正極の両面に配置された2枚のセパレータ間に介在させて接合部を形成するための層は、セパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成するが、かかる層には、セパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成されたフィルムなどを使用することができる。前記フィルムの厚みは、例えば、5〜25μmであることが好ましい。 Moreover, the layer for interposing between the two separators arranged on both surfaces of the positive electrode to form a joint portion is composed of the same kind of resin as the constituent resin of the separator. A film made of the same kind of resin can be used. The thickness of the film is preferably 5 to 25 μm, for example.
前記の正極、負極およびセパレータは、図1や図2に示すように積層して積層型の電極群として使用するが、その際、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置され、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。 The positive electrode, the negative electrode, and the separator are stacked and used as a stacked electrode group as shown in FIG. 1 and FIG. 2, and the current collecting tab portion of each positive electrode is the same in a plan view of the electrode group. It is preferable that the current collecting tabs of the negative electrodes are arranged so as to face in the same direction in the plan view of the electrode group. Thereby, current collection of the positive electrode and the negative electrode becomes easier.
更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図4に示しているように、各正極の集電タブ部5bと各負極の集電タブ部6bとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。
Furthermore, the current collecting tab portion of each positive electrode and the current collecting tab portion of each negative electrode only need to be arranged so as not to contact each other in a plan view of the electrode group, but these contacts are better suppressed, And from the viewpoint of making the production of the battery better, as shown in FIG. 4, the current
また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図4に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ9で結束して、各構成要素(セパレータに包まれた正極、および負極)の位置ずれを抑制することが好ましい。
In addition, as shown in FIG. 4, the electrode group formed by laminating the positive electrode, the negative electrode, and the separator is bound to the outer periphery with a
電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも4層であるが、それ以上(5層、6層、7層、8層など)とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、40層以下とすることが好ましい。 There are a plurality of positive electrodes and negative electrodes in the electrode group, and the total number of layers of the electrode is at least 4, but it is also possible to make it more (5 layers, 6 layers, 7 layers, 8 layers, etc.) It is. However, if the number of stacked positive and negative electrodes is increased too much, the merit as a flat battery may be reduced. Therefore, it is usually preferable to have 40 layers or less.
電池に係る非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、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などの環状炭酸エステル;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル;1,2−ジメトキシエタン、ジグライム(ジエチレングリコールメチルエーテル)、トリグライム(トリエチレングリコールジメチルエーテル)、テトラグライム(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル;などの有機溶媒に、電解質(リチウム塩)を0.3〜2.0mol/L程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても構わない。 Examples of non-aqueous electrolytes for batteries include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonate esters such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate. 1,2-dimethoxyethane, diglyme (diethylene glycol methyl ether), triglyme (triethylene glycol dimethyl ether), tetraglyme (tetraethylene glycol dimethyl ether), 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxymethane, tetrahydrofuran, etc. It is possible to use an electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte (lithium salt) in a concentration of about 0.3 to 2.0 mol / L in an organic solvent such as ether; That. The above organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
前記電解質としては、例えば、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2などのリチウム塩が挙げられる。 Examples of the electrolyte include LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) Lithium salts such as 2 are mentioned.
本発明の扁平形非水二次電池の平面形状には特に制限は無く、従来から知られている扁平形電池の主流である円形の他、角形(四角形)などの多角形状でもよい。なお、本明細書でいう電池の平面形状としての角形などの多角形には、その角が切り落とされた形状や、角を曲線にした形状も包含される。また、正極および負極の本体部の平面形状は、電池の平面形状に応じた形状とすればよく、略円形としたり、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図3に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。 The planar shape of the flat non-aqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a polygonal shape such as a square (quadrangle) in addition to the circular shape that is the mainstream of conventionally known flat batteries. In addition, the polygon such as a square as the planar shape of the battery in this specification includes a shape in which the corner is cut off and a shape in which the corner is curved. Moreover, the planar shape of the main body part of the positive electrode and the negative electrode may be a shape corresponding to the planar shape of the battery, and may be a substantially circular shape or a polygon such as a rectangle such as a rectangle or a square. In the case of a substantially circular shape, the portion corresponding to the location where the current collecting tab portion of the counter electrode is disposed is cut off as shown in FIG. 3 in order to prevent contact with the current collecting tab portion of the counter electrode. It is preferable to keep it.
図1や図2では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。 In FIG. 1 and FIG. 2, an example in which the outer case is a positive electrode case and the sealing case is a negative electrode case is shown, but the battery of the present invention is not limited to this, and if necessary, the outer case is a negative electrode case. The sealing case may be a positive electrode case.
本発明の扁平形非水二次電池は、従来から知られている扁平形非水二次電池と同様の用途に適用することができる。 The flat non-aqueous secondary battery of the present invention can be applied to the same use as a conventionally known flat non-aqueous secondary battery.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
正極活物質としてLiCoO2を、導電助剤としてカーボンブラックを、バインダとしてPVDFを、それぞれ用いて正極を作製した。まず、LiCoO2:93部とカーボンブラック:3部とを混合し、得られた混合物とPVDF:4部を予めN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させておいたバインダ溶液とを混合して正極合剤含有ペーストを調製した。得られた正極合剤含有ペーストを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面にアプリケータにより塗布した。なお、正極合剤含有ペーストの塗布に際しては、塗布部と未塗布部とが5cmおきに連続するように、かつ表面で塗布部とした箇所は、裏面でも塗布部となるようにした。続いて、塗布した正極合剤含有ペーストを乾燥して正極合剤層を形成し、その後、ロールプレスし、所定の大きさに切断して、帯状の正極を得た。なお、この正極は、幅を40mmとし、正極合剤層形成部の厚みを140μmとなるようにした。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
A positive electrode was prepared using LiCoO 2 as a positive electrode active material, carbon black as a conductive additive, and PVDF as a binder. First, 93 parts of LiCoO 2 and 3 parts of carbon black were mixed, and the resulting mixture was mixed with a binder solution in which 4 parts of PVDF were previously dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared. The obtained positive electrode mixture-containing paste was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm by an applicator. When applying the positive electrode mixture-containing paste, the application part and the non-application part were continuously arranged every 5 cm, and the part that was the application part on the front surface was also the application part on the back surface. Subsequently, the applied positive electrode mixture-containing paste was dried to form a positive electrode mixture layer, and then roll-pressed and cut into a predetermined size to obtain a belt-like positive electrode. The positive electrode had a width of 40 mm, and the positive electrode mixture layer forming portion had a thickness of 140 μm.
前記の帯状の正極を、正極合剤層形成部が本体部(円弧の部分の直径15.1mm)とし、正極合剤層未形成部が集電タブ部となるように、図3に示す形状に打ち抜いて、電池用正極を得た。 The shape of the belt-like positive electrode shown in FIG. 3 is such that the positive electrode mixture layer forming portion is the main body portion (arc portion diameter 15.1 mm) and the positive electrode mixture layer non-forming portion is the current collecting tab portion. The battery positive electrode was obtained.
<電池用正極とセパレータとの一体化>
PE製微多孔膜セパレータ(厚み16μm、方向Aにおける熱収縮率Caが4%、方向Bにおける熱収縮率Cbが2%で、Ca/Cb=2)を、図4および図5に示す形状(図5中iの長さが5mm、iiの長さが0.8mm)で、方向Bが、張り出し部が主体部から突出する方向に平行となるように切り出した。
<Integration of battery positive electrode and separator>
A PE microporous membrane separator (thickness 16 μm, heat shrinkage ratio Ca in direction A is 4%, heat shrinkage ratio Cb in direction B is 2%, Ca / Cb = 2) is shown in FIGS. 4 and 5 ( In FIG. 5, the length of i was 5 mm and the length of ii was 0.8 mm), and the direction B was cut out so that it was parallel to the direction in which the overhanging portion protruded from the main portion.
前記のセパレータを、前記の電池用正極の両面に配置し、かつこれら2枚のセパレータにおける図4に示す箇所に、セパレータの構成樹脂と同じPEで構成されたフィルム(厚み100μm)を配置し、このフィルムを配置した箇所を加熱プレス(温度170℃、プレス時間2秒)により溶着し、2枚のセパレータに係る主体部の周縁部の一部にPE層を介して接合部を形成して、電池用正極とセパレータとを一体化した。なお、2枚のセパレータに係る接合部の幅は0.3mmとした。また、2枚のセパレータの主体部の外縁のうち、90%の長さ部分を接合部とした。
The separator is disposed on both surfaces of the battery positive electrode, and a film (thickness: 100 μm) composed of the same PE as the constituent resin of the separator is disposed in the two separators illustrated in FIG. The place where this film is arranged is welded by a hot press (temperature 170 ° C.,
<負極の作製>
負極活物質として黒鉛を、バインダとしてPVDFを、それぞれ用いて負極を作製した。前記黒鉛:94部とPVDF:6部と予めNMPに溶解させておいたバインダ溶液とを混合して、負極合剤含有ペーストを調製した。得られた負極合剤含有ペーストを厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の片面または両面にアプリケータにより塗布した。なお、負極合剤含有ペーストの塗布に際しては、塗布部と未塗布部とが5cmおきに連続するように、かつ集電体の両面に塗布したものでは、表面で塗布部とした箇所は、裏面でも塗布部となるようにした。続いて、塗布した負極合剤含有ペーストを乾燥して負極合剤層を形成し、その後、ロールプレスし、所定の大きさに切断して、帯状の負極を得た。なお、この負極は、幅を40mmとし、負極合剤層形成部の厚みを、集電体の両面に形成したものでは190μm、集電体の片面に形成したものでは100μmとなるようにした。
<Production of negative electrode>
A negative electrode was prepared using graphite as the negative electrode active material and PVDF as the binder. The graphite: 94 parts, PVDF: 6 parts, and a binder solution previously dissolved in NMP were mixed to prepare a negative electrode mixture-containing paste. The obtained negative electrode mixture-containing paste was applied to one or both sides of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm by an applicator. In addition, when applying the negative electrode mixture-containing paste, when the coated part and the non-coated part are continuously applied every 5 cm and are applied to both sides of the current collector, the place where the coated part is the surface is the back side However, it was made to become an application part. Subsequently, the applied negative electrode mixture-containing paste was dried to form a negative electrode mixture layer, and then roll-pressed and cut into a predetermined size to obtain a strip-shaped negative electrode. The negative electrode had a width of 40 mm, and the negative electrode mixture layer forming portion had a thickness of 190 μm when formed on both sides of the current collector and 100 μm when formed on one side of the current collector.
前記の帯状の負極を、負極合剤層形成部が本体部(円弧の部分の直径16.3mm)とし、負極合剤層未形成部が集電タブ部となるように、正極と同様の形状に打ち抜いて、集電体の片面に負極合剤層を有する電池用負極と、集電体の両面に負極合剤層を有する電池用負極とを得た。なお、集電体の片面の負極合剤層を有する電池用負極の一部については、前記の帯状の負極の集電体の露出面に、厚みが100μmのPETフィルムを貼り付けた後に打ち抜いた。 The strip-shaped negative electrode has the same shape as the positive electrode so that the negative electrode mixture layer forming portion is the main body portion (arc portion diameter 16.3 mm) and the negative electrode mixture layer non-forming portion is the current collecting tab portion. The negative electrode for a battery having a negative electrode mixture layer on one side of the current collector and the negative electrode for a battery having a negative electrode mixture layer on both sides of the current collector were obtained. A part of the negative electrode for a battery having the negative electrode mixture layer on one side of the current collector was punched after a PET film having a thickness of 100 μm was attached to the exposed surface of the current collector of the strip-shaped negative electrode. .
<電池の組み立て>
前記のセパレータと一体化した電池用正極7枚と、集電体の両面に負極合剤層を形成した電池用負極6枚と、集電体の片面に負極合剤層を形成した電池用負極2枚(このうち1枚は、集電体の露出面にPETフィルムを貼り付けたもの)とを用い、集電体の片面に負極合剤層を形成した電池用負極が最外部の電極になるように、電池用正極と電池用負極とを交互に重ねた。そして、各電池用正極の集電タブ部を纏めて溶接し、また、各電池用負極の集電タブ部を纏めて溶接して、電極群を形成した。外装ケース内に前記の電極群を、PETフィルムが外装ケース内面と対向するように入れ、纏められた正極の集電タブ部を外装ケース内面に溶接した。また、封口ケースに絶縁ガスケットを装着し、非水電解液(LiPF6をエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの体積比1:2の混合溶媒に、1.2mol/lの濃度で溶解した溶液)200mgを入れた後、電極群を収容した外装ケースを被せ、周囲をかしめて、直径20mm、厚み3.2mmの扁平形非水二次電池を得た。なお、前記の扁平形非水二次電池は、電流値14mAでの放電で、放電容量が70mAhとなるように設計したものである。
<Battery assembly>
7 positive electrodes for a battery integrated with the separator, 6 negative electrodes for a battery in which a negative electrode mixture layer is formed on both sides of the current collector, and a negative electrode for a battery in which a negative electrode mixture layer is formed on one side of the current collector The battery negative electrode with a negative electrode mixture layer formed on one side of the current collector was used as the outermost electrode using two sheets (one of which was a PET film affixed to the exposed surface of the current collector) The battery positive electrode and the battery negative electrode were alternately stacked. And the current collection tab part of each battery positive electrode was welded collectively, and the current collection tab part of each battery negative electrode was welded collectively, and the electrode group was formed. The electrode group was placed in the outer case so that the PET film faced the inner surface of the outer case, and the collected current collecting tab portion of the positive electrode was welded to the inner surface of the outer case. In addition, an insulating gasket was attached to the sealing case, and a non-aqueous electrolyte (LiPF 6 dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2 at a concentration of 1.2 mol / l) 200 mg After putting, the outer case containing the electrode group was covered and the periphery was caulked to obtain a flat non-aqueous secondary battery having a diameter of 20 mm and a thickness of 3.2 mm. The flat non-aqueous secondary battery is designed to discharge at a current value of 14 mA and a discharge capacity of 70 mAh.
比較例1
正極の両面に配置した2枚のセパレータにおける接合部の形成箇所に介在させるフィルムを、PEフィルムに代えて、両面に接着性樹脂であるエチレンビニルアクリレートを有するPETフィルム(PETフィルムの厚みが100μm)とした以外は、実施例1と同様にして扁平形非水二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A PET film having an ethylene vinyl acrylate as an adhesive resin on both sides, instead of a PE film, instead of a PE film instead of a film that is interposed between two separators arranged on both sides of the positive electrode (PET film thickness is 100 μm) A flat nonaqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that.
実施例1および比較例1の電池(各20個)について、35mAhの電流値で電圧が4.2Vになるまで充電を行い、次いで4.2Vの定電流で充電を行う定電流−定電圧充電を3時間行った後、80℃の環境下で50日間保存した。貯蔵後の各電池について、1.9mの高さから落下させる落下試験を10回実施し、その後に発熱の有無を確認した。 The batteries of Example 1 and Comparative Example 1 (20 batteries each) were charged at a current value of 35 mAh until the voltage reached 4.2 V, and then charged at a constant current of 4.2 V—constant current-constant voltage charging For 3 days and then stored in an 80 ° C. environment for 50 days. Each battery after storage was dropped 10 times from a height of 1.9 m, and then the presence or absence of heat generation was confirmed.
前記試験の結果、実施例1の電池では20個の全てにおいて発熱が生じなかったが、比較例1の電池では20個中3個で、正極両面に配置した2枚のセパレータと、これらのセパレータに介在させたPETフィルムとの間で剥離が生じたことに起因する発熱が発生した。 As a result of the test, in all of the 20 batteries of Example 1, no heat was generated, but in the battery of Comparative Example 1, 3 out of 20 batteries had two separators arranged on both sides of the positive electrode, and these separators. Heat was generated due to peeling between the PET film and the PET film.
1 扁平形非水二次電池
2 外装ケース
3 封口ケース
4 絶縁ガスケット
5 正極
5a 正極の本体部
5b 正極の集電タブ部
6 負極
6a 負極の本体部
6b 負極の集電タブ部
7 セパレータ
7a セパレータの主体部
7b セパレータの張り出し部
7c 接合部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、
前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、
少なくとも、両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、
前記2枚のセパレータは、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有しており、
かつ前記2枚のセパレータは、その主体部の周縁部の少なくとも一部において、前記2枚のセパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成された層を介して溶着された接合部を有しており、
前記2枚のセパレータの、前記主体部における外縁の全長さのうちの40%以上が前記接合部であることを特徴とする扁平形非水二次電池。 In a space formed by caulking and sealing the outer case and the sealing case via an insulating gasket, there is an electrode group in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately stacked via a separator and a non-aqueous electrolyte. A flat non-aqueous secondary battery,
The positive electrode has a main body portion and a current collecting tab portion that protrudes from the main body portion in a plan view and is narrower than the main body portion. The main body portion of the positive electrode includes a current collector. A positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material is formed on one side or both sides, and in the current collector tab portion of the positive electrode, a positive electrode mixture layer is not formed on the current collector,
The negative electrode has a main body portion and a current collecting tab portion that protrudes from the main body portion in a plan view and is narrower than the main body portion. The main body portion of the negative electrode includes a current collector. A negative electrode agent layer containing a negative electrode active material is formed on one side or both sides, and in the current collector tab portion of the negative electrode, the negative electrode agent layer is not formed on the current collector,
At least a separator made of a microporous film made of a thermoplastic resin is disposed on both sides of the positive electrode facing both sides of the negative electrode,
The two separators include a main body that covers the entire surface of the main body of the positive electrode, and an overhang that protrudes from the main body and covers at least a portion of the current collecting tab of the positive electrode that includes a boundary with the main body. Have
In addition, the two separators have a joining portion welded via a layer made of the same type of resin as the thermoplastic resin constituting the two separators in at least a part of the peripheral portion of the main portion. and it is,
Said two separators, flat-shaped nonaqueous secondary battery, wherein the junction der Rukoto 40% or more of the outer edges total length in the main portion.
The flat non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the thermoplastic resin constituting the separator is polyolefin.
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