JP5787353B2

JP5787353B2 - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP5787353B2
Application number: JP2011188591A
Authority: JP
Inventors: 卓哉長谷川
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: JP2013051130A

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関し、正極電極と負極電極とをセパレーターを介して積層した積層型の非水電解液二次電池に関する。

正極電極と負極電極とをセパレーターを介して積層したリチウムイオン電池等の積層型非水電解液二次電池は、正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極電極、負極電極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、充放電容量が大きな電池として好適である。
正極電極と負極電極との間にセパレーターを配置した電極積層体は、正極電極と負極電極とが位置ずれを起こさないようにするために、電極積層体の両面の複数個所を粘着テープで固定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

従来の非水電解液二次電池の電極積層体の一例を図４Ａにおいて、正極引出タブ１１０,負極引出タブ２１０を電極積層体４００の対向する辺から互いに反対方向に取り出した電極積層体１０の最外層は、いずれも負極電極が配置されている。電極積層体の長手方向の対向する辺のそれぞれ二個所が粘着テープ２０で固定されている。
また、図４Ｂで示す電極積層体の同一辺から正極引出タブ１１０と負極引出タブ２１０取り出した電極積層体４００の場合には、それぞれの対向する辺の中間が粘着テープ２０で固定されている。

特開２００８−２０４７０６号公報

従来の例で説明したのように電池積層体を固定する粘着テープは、粘着テープの基材の厚みに粘着層の厚みを加えた厚さを有している。更に、粘着テープは、非水電解液二次電池の体積を増加させるのみではなく、非水電解液二次電池内部に、非水電解液二次電池の必須の構成材料以外の化学物質を導入するという問題があった。
また、電極積層体には、部分的に粘着テープが貼着されているので、電池の充放電を繰り返すうちに、電池電極が膨張をすると、粘着テープが貼着された部分は、電解液が通過しないとともに、周囲に比べて部分的に押圧する作用が作用するために、粘着テープが貼着されている部分は、他の部分とは変形が生じることとなり、電池の特性にも悪影響を及ぼす可能性もあった。
本発明は、このような粘着テープを用いなくても、あるいは用いる粘着テープを最小限に抑えても、正極電極と負極電極とをセパレーターを介して積層した電極積層体を構成する各電極の位置ずれが生じることがなく、長期間にわたり安定した作動が可能な電池を提供することを課題とするものである。

本発明は、上記課題を皆解決するものであって、正極引出端子が一体に形成された正極電極と、負極引出端子が一体に形成された負極電極とをセパレーターを介して積層した電極積層体と、前記電極の積層面に平行な前記電極積層体の両外面と前記正極端子および前記負極端子の一部を覆う第一の外面セパレーターと、第二の外面セパレーターとを備え、前記第一の外面セパレーターと第二の外面セパレーターの一部に、前記第一、第二の外面セパレーターの外周辺が相互に結合する結合部を少なくとも１箇所を有する非水電解液二次電池である。

本発明の非水電解液二次電池は、正極電極と負極電極をセパレーターを介して積層した電極積層体の両外面のそれぞれを覆う第一の外面セパレーターと、第二の外面セパレーターとを備え、前記外面セパレーターを相互に結合して一体化したものであるので、正極電極と負極電極とのずれを防止し、前記正極電極、前記負極電極が膨張した場合にも、前記電極積層体の両外面を外面セパレーターが均一に押圧することができ、微多孔性であるので電池特性に悪影響を及ぼすことはなく、充放電特性が優れた電池を提供することができる。

図１は、本発明の非水電解液二次電池の電極積層体を説明する図である。図１Ａは、両端部から正極タブ、負極タブを取り出した電極積層体を説明する平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの側面図である。図２は、図１Ｃ、図１Ｄで説明した，正極引出タブと負極引出タブが同方向に取り出された電極積層体に用いた外面セパレーターの配置方法を説明する図である。図３は、本発明のフィルム状外装材で封口した非水電解液二次電池の一実施形態を説明する図である。図３Ａは、正面図を示し、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ’の位置における断面図であって電池電極の積層方向を拡大した図を示す。図４は、従来の非水電解液二次電池の電極積層体の一例を説明する図である。

以下に、図面を参照して、リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。
図１は、本発明の非水電解液二次電池の電極積層体を説明する図である。図１Ａは、両端部から正極タブ、負極タブを取り出した電極積層体を説明する平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの側面図である。
また、図１Ｃは、一方の端部から、正極タブ、負極タブを取り出した電極積層体を説明する平面図であり、図１Ｄは図１Ｃの側面図である。
図１Ａで示す電極積層体４００は、電極積層体４００の両面を覆う大きさの第一の外面セパレーター３１０Ａと、第二の外面セパレーター３１０Ｂが両面に配置されており、外面セパレーター３１０は電極積層体４００の外側の部分において４個所の結合部３１２を形成して相互に結合して、電極積層体４００面を両面から覆っている。両面に配置する外面セパレーター３１０Ａ、３１０Ｂは、以上のように個別の外面セパレーターではなく、一枚の部材を折り曲げて両面を覆ったものであってもよい。

また、図１Ｃ示す電極積層体４００についても、電極積層体４００を覆う大きさの外面セパレーター３１０が電極積層体４００の両面を覆っている。図１Ｂで示す例では、一枚の外面セパレーター３１０を、正極引出タブ１１０、負極引出タブ２１０を取り出した辺とは反対側の辺において折り曲げて電極積層体４００の第一の面と第二の面の両面を覆い、電極積層体４００の外側の２個所に設けた結合部３１２において両面の外面セパレーター３１０が結合される。

図１Ｃ、図１Ｄにおいて示した例のように電極積層体４００の両面を一枚の外面セパレーターで覆う例に限らず、個別の第一の外面セパレーターと第二の外面セパレーターによって両面を覆った後に結合部を設けて両者を結合したものであっても良いが、両面を一枚の外面セパレーターで覆うことによって、両面の外面セパレーターの結合部３１２の個所を少なくすることができる。
いずれの場合にも、第一の外面セパレーターと第二の外面セパレーターの結合部３１２は、熱融着によって形成することが好ましい。また、本発明の外面セパレーターは、電極積層体の作製に用いたものと同様の材料を用いることができる。また、外面セパレーターには厚みが１０〜４０μｍのものを用いることが好ましい。

図２は、図１Ｃ、図１Ｄで説明した，正極引出タブと負極引出タブが同方向に取り出された電極積層体に用いた外面セパレーターの配置方法を説明する図である。
外面セパレーター３１０は一枚の部材から形成されており、電極積層体４００の両面を覆う大きさであって、中央部に電極積層体４００の厚みに相当する厚みしろ３１５を有している。厚みしろ部分で折り曲げることによって電極積層体４００の両面を覆うことができる。

本発明で用いる正極電極としては、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等と、カーボンブラック等の導電性材料、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤等をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とし、このスラリー状の正極合剤を正極集電体上に間欠的に両面に塗布し、乾燥後、ローラープレス機等によって圧縮して成型を行った正極電極基材を製造した後に、所定の大きさに切断することによって製造することができる。

また、負極電極としては、帯状の銅箔の負極集電体上に、リチウムイオンを吸蔵、放出する炭素材料、カーボンブラック等の導電性材料、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤等をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とし、このスラリー状の負極合剤を負極集電体上に間欠的に両面に塗布し、乾燥後、ローラープレス機等によって圧縮して成型を行って負極電極基材を製造した後に正極電極と同様の方法で負極電極を作製することができる。

図３は、本発明のフィルム状外装材で封口した非水電解液二次電池の一実施形態を説明する図である。図３Ａは、正面図を示し、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ’の位置における断面図であって電池電極の積層方向を拡大した図を示す。
非水電解液二次電池１は、正極電極１００と負極電極２００が袋状セパレーター３００を介して積層された積層体４００を形成しており、積層体４００から同一方向に取り出された複数の正極引出タブ１１０と接合した正極タブ１１５、および複数の負極引出タブ２１０と接合した負極タブ２１５が取り出されている。
正極タブ１１５と負極タブ２１５は、それぞれフィルム状外装材５００の封口部５１０から取り出される。
また、第一の外面セパレーター３１０Ａと第二の外面セパレーター３１０Ｂの結合部３１２Ａは、フィルム状外装材と電極積層体４００との空間に形成されている。

また，上記したいずれの実施態様の場合にも、正極電極と負極電極との間に配置したセパレーターを電極積層体の外部へ引出して、前記の第一の外面セパレーター、あるいは第二の外面セパレーターの少なくともいずれか一方と結合しても良い。このように、電極積層体から引き出したセパレーターを前記の第一の外面セパレーター、あるいは第二の外面セパレーターと結合することによって、電池電極、セパレーターのずれを防止する効果をより高めることができる。

また、フィルム状外装材には、アルミニウム箔の外面側にはナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の強度、および耐熱性を有する部材を、内面側には、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱融着特性が良好な材料をそれぞれ積層したものを用いることができる。
積層型二次電池の外装材には、上記したようなフィルム状外装材に限らず、凹部を形成した合成樹脂の成形体、金属製の外装容器等を用いたものであってもよい。

本発明の非水電解液二次電池は、電極積層体の両外面のそれぞれを覆う第一の外面セパレーターと、第二の外面セパレーターとを備え、前記外面セパレーターを相互に結合して一体化したものであるので、正極電極と負極電極とのずれを防止し、前記正極電極、前記負極電極が膨張した場合にも、前記電極積層体の両外面を外面セパレーターが均一に押圧することができ、また外面セパレーターは微多孔性のセパレーターであるので電池特性に悪影響を及ぼすことはなく、充放電特性が優れた電池を提供することができる。

１・・・非水電解液二次電池、１００・・・正極電極、２００・・・負極電極、１１０・・・正極引出タブ、１１５・・・正極タブ、２１０・・・負極引出タブ、２１５・・・負極タブ、３００・・・袋状セパレーター、３１０・・・外面セパレーター、３１０Ａ・・・第一の外面外面セパレーター、３１０Ｂ・・・第二の外面セパレーター３１０Ｂ、３１２・・・結合部、３１２Ａ・・・結合部、３１５・・・厚みしろ、４００・・・電極積層体、５００・・・フィルム状外装材、５１０・・・封口部

Claims

正極引出端子が一体に形成された正極電極と、負極引出端子が一体に形成された負極電極とをセパレーターを介して積層した電極積層体と、
前記電極の積層面に平行な前記電極積層体の両外面と前記正極端子および前記負極端子の一部を覆う第一の外面セパレーターと、第二の外面セパレーターとを備え、
前記第一の外面セパレーターと第二の外面セパレーターの一部に、
前記第一、第二の外面セパレーターの外周辺が相互に結合する結合部を少なくとも１箇所有することを特徴とする非水電解液二次電池。
前記第一、第二の外面セパレーターが１枚のセパレーターからなることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液二次電池。
前記第一、第二の外面セパレーターが１枚のセパレーターを折り返したものであり、折り返した外周辺と対向する外周辺であって、正極タブおよび負極タブが形成された外周辺の一部に前記結合部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解液二次電池。
前記結合部を前記第一、第二の外面セパレーターの外周辺の少なくとも２箇所に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の非水電解液二次電池。
前記結合部を前記第一、第二の外面セパレーターの外周辺の少なくとも４箇所に有し、前記第一、第二の外面セパレーターの外周辺に沿って隣接する２箇所のいずれかの間から前記正極引出端子、前記負極引出端子が導出されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の非水電解液二次電池。