JP5918840B2 - リチウム電池 - Google Patents
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Description
本発明は電池に関し、具体的には、リチウムイオン電池に関するものである。
リチウムイオン電池は、例えば、高電圧、小型、軽量、高比容量、メモリ無効化、無公害、低自己放電及びサイクル長寿命など多くの利点を有し、通信、電気、電子情報、及び電力機器、ストレージなど多くの分野において前例のないほど発展している。しかしながら、社会の日進月歩の発展に伴い、そのようなアプリケーションは、リチウムイオン電池のエネルギー密度、充放電速度、サイクル寿命などの要求がますます高くなるとともに、確実な安全性も要求されている。
リチウムイオン電池の安全性に対して多くの影響因子がある。正負極材料、電解質及び添加剤、リチウムイオン電池の構造及び製造加工技術条件は、リチウムイオン電池の安全性に重大な影響を与える。良好な熱安定性を有する正負極材料、電解液及び難燃剤を選ぶことで、リチウムイオン電池の熱安定性を向上させることができる。電解液に過充電保護防止剤を添加することによりリチウムイオン電池の過充電を効果的に改善させる。製造加工技術の条件及び合理的な使用をよく制御できれば、リチウムイオン電池の短絡を低減させることができる。
しかし、ますます厳しくなっているリチウムイオン電池の安全性試験の条件において、リチウムイオンの安全性がさらに高く要求されている。例えば、落下試験、ドラム試験などについては、リチウムイオン電池の外観及び短絡などの問題がさらに厳しく要求されている。従来の改善方法では、常々新しい試験の要件を満たすことができず、しかも従来の材料システム及び製造加工技術に基づき、続いて改善される難しさ及び技術コストも大幅に増加させた。したがって、現在の厳しい安全性評価試験要求に有効に応え、同時にプロセス操作が簡単で、コストが低く、実現しやすいリチウムイオン電池の製造方法を提供する必要がある。
従来の技術における技術的問題に鑑み、本発明の目的は、落下或いは転がりの際、巻回型セルの封止膜におけるスライディングを防ぐことができるリチウムイオン電池を提供することである。
上記目的を実現するため、本発明は以下のリチウムイオン電池を提供する。前記リチウムイオン電池には、巻回型セルと、電解液と、封止膜とが含まれる。巻回型セルは正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回してなる。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅よりも大きくされている。封止膜は、巻回型セルを封止して電解液を収納する。巻回型セルの巻回終了部に片面接着層を貼り、片面接着層の接着剤は流動可能な硬化型接着剤であり、巻回型セル及び封止膜は片面接着層の周囲に流れ出されている硬化型接着剤により接着されている。
本発明による下記のような利点がある。
巻回型セルの巻回終了部を片面接着層に接着することによって、巻回終了後、封止膜に入れる前の間における巻回型セルの分散及び変形を防ぎ、且つ巻回型セルを容易に封止膜に入れることができる。上記片面接着層の流動可能な硬化型接着剤によって、効果的に巻回型セル及び封止膜を接着し、巻回型セルが落下或いは転がりの際、巻回型セルの封止膜におけるスライディングにより電池の変形、正負極性極耳の引っ張りきれ、頂部密封の突き破りなどの問題を防ぐことができる。他には、操作が簡単で、コストが低く、また効率的にエネルギー密度を向上させることもできる。
以下、本発明のリチウムイオン電池について図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２を参照し、本発明のリチウムイオン電池には、巻回型セル１と、電解液と、封止膜２とが含まれている。巻回型セル１は、正極シート（図示せず）、セパレーター（図示せず）及び負極シート（図示せず）を順次に巻回して構成される。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅よりも大きくされている。封止膜２は巻回型セル１を封止して電解液を収納する。巻回型セル１の巻回終了部１１に片面接着層３が貼られおり、片面接着層３の接着剤は流動可能な硬化型接着剤４であり、巻回型セル１及び封止膜２は片面接着層３の周囲に流れ出されてきた硬化型接着剤４により接着されている。
巻回型セル１の巻回終了部１１に片面接着層３が接着されていることによって、巻回型セル１が巻回終了後、封止膜２に入れる前の間における、巻回型セル１の分散及び変形を防ぎ、また、片面接着層３により、巻回型セル１を容易に封止膜２に入れることができる。片面接着層３の流動可能な硬化型接着剤４により、巻回型セル１及び封止膜２を効果的に接着させることができるとともに、巻回型セル１が落下或いは転がりの際、巻回型セル１の封止膜２におけるスライディングによる電池の変形、正負極の極耳（タブ端子）の引っ張りきれ、頂部封着の突き破りなどの問題を防ぐことができる。他には、操作が簡単で、コストが低く、また効率的にエネルギー密度を向上させることもできる。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、図１及び図２を参照し、巻回型セル１は幅方向Ｗ上の同一側において片面接着層３を接着し、片面接着層３の接着剤は流動可能な硬化型接着剤４であり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において、正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターが当側の流動により片面接着層３の周囲に流れ出されてきた硬化型接着剤４で接着され、また、該領域外のセパレーターと封止膜２が当同一側の流れにより片面接着層３の周囲に流れ出されてきた硬化型接着剤４で接着されている。
巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において、正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターを接着することにより、巻回型セル１が落下或いは転がりの際、セパレーターにおける皺により、相対の正極シート及び負極シートの接触による短絡の発生を防ぐことでき、更に、セパレーターを一緒に接着することにより、巻回型セル１が循環過程の間におけるセパレーターの収縮による短絡の発生を防ぐこともでき、そして、セパレーターと封止膜２とを硬化型接着剤４により接着することで、巻回型セル１が落下或いは転がりの際、巻回型セル１の封止膜２におけるスライディングによる巻回型セル１の変形、正負極性極耳（タブ端子）の引っ張りきれ、頂部密封の突き破りなどの問題を防ぐこともできる。
なお、巻回型セル１において、幅方向Ｗ上の同一側に設置された片面接着層３の数は１又は１以上であり、且つ片面接着層３の位置を変えることができるが、ただ巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターを必要に応じて一緒に接着できればよい。図１及び図２において、巻回型セル１では、幅方向Ｗ上に設置された極耳５（タブ端子）と同側に設置した片面接着剤層３の数は１であり、幅方向Ｗ上に設置された極耳５と相対側に設置した片面接着剤層３の数は２であり、もちろん、実際のニーズに応じてこれに限定されるものではない。
本発明のリチウムイオン電池による実施例において、巻回型セル１は、幅方向Ｗ上の両側又は片側のみに片面接着層３が設置されている。
本発明の巻回型セルの実施例において、片面接着層３は表面に流動可能な硬化型接着剤４を付着しているＰＥＴ膜であってもよい。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、流動可能な硬化性接着剤４はポリプロピレン、酢酸ビニル、エポキシ樹脂、スチレン−イソプレンなる群より選ばれる一種であることができる。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、片面接着剤層３の厚さは２０μｍ〜２００μｍであってもよく、必要な接着力及び巻回型セル１の厚さを増加させないという要求を同時に満たすためである。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、流動可能な硬化性接着剤４の流れは加熱により実現でき、更に同時に加圧することにより実施されてもよい。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、封止膜２の巻回型セル１における巻回終了部１１と対応する表面は平坦化されている。リチウムイオン電池を高温条件下で放置し、封止膜２の巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する表面に圧力をかけ、流動可能な硬化型接着剤４を片面接着層３の周囲まで流れ出させて均一に広がり、巻回型セル１を封止膜２とよりよく接着させる。実施例において、かけられた圧力は０．２ＭＰａ以上であり、温度は７０℃以上である。
本発明のリチウムイオン電池の実施例において、封止膜２の巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側と対応する表面は平坦化されている。リチウムイオン電池を高温条件下で放置し、封止膜２の巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側と対応する表面に圧力をかけ、流動可能な硬化型接着剤４を片面接着層３の周囲まで流れ出させて均一に広がり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターを一緒によりよく接着させる。かけられた圧力は０．２ＭＰａ以上であり、温度は７０℃以上である。
以下に、本発明のリチウムイオン電池の実施例及び比較例、試験過程及び試験結果に基づいて説明する。
実施例１
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、且つ正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面に流動可能な硬化ポリプロピレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．５ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、且つ正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面に流動可能な硬化ポリプロピレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．５ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例２
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面に流動可能な硬化酢酸ビニル５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、酢酸ビニル硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面に流動可能な硬化酢酸ビニル５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、酢酸ビニル硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例３
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化酢酸ビニル８０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、酢酸ビニル硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化酢酸ビニル８０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、酢酸ビニル硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例４
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．８ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例５
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例６
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。その内、セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターをポリプロピレンによってよりよく接着させ、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。その内、セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン５０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターをポリプロピレンによってよりよく接着させ、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
実施例７
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２００μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターをポリプロピレンにより一緒によりよく接着させ、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２００μｍを付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、スチレン−イソプレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターをポリプロピレンにより一緒によりよく接着させ、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
比較例１
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面にポリアクリル酸塩を付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１において、表面にポリアクリル酸塩を付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
比較例２
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に硬化ポリアクリル酸塩を付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を８０℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．５ＭＰａの面圧を加え、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に硬化ポリアクリル酸塩を付着しているＰＥＴ膜を接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を８０℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．５ＭＰａの面圧を加え、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
比較例３
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレンを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を６０℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に圧力をかけず、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレンを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を６０℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に圧力をかけず、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
比較例４
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン１０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン１０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
比較例５
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２５０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
型番が３９５０７３であるリチウムイオン電池の正極シート、セパレーター及び負極シートを製造する。セパレーターの幅は正極シート及び負極シートの幅より大きくされ、また、正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル１が構成された。巻回型セル１の巻回終了部１１及び巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側において、表面に流動可能な硬化スチレン−イソプレン２５０μｍを付着しているＰＥＴ膜をそれぞれに接着させ、また、巻回型セル１を封止膜２に入れた後に電解液を注入して封止を行い、リチウムイオン電池を７５℃の高温条件で放置し、巻回型セル１の巻回終了部１１と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、ポリプロピレン硬化型接着剤をＰＥＴ膜の周囲まで流させて均一に広がり、リチウムイオン電池を造り、リチウムイオン電池に対する落下試験及び長期サイクル試験を行った。
試験過程
安全性試験（落下試験）において、実施例１−７（各自にシリアル番号のＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７をそれぞれに付ける）及び比較例１−５（各自にシリアル番号のＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５をそれぞれにつける）のリチウムイオン電池を両面接着剤で落下試験治具に固定し、各巻回型セル１の初期電圧Ｖ０を測定し、治具の六つの面に対して１、２、３、４、５、６の番号をそれぞれに付けておき、治具の四つの角に対してＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の番号をそれぞれに付けておき、室温２５℃において、治具を高さ１．５ｍの試験台に放置し、付けされた番号１−６の順に従って巻回型セル１の六つの面を次々と落下させ、その後、付けされた番号Ｃ１−Ｃ４の順に従って巻回型セル１の四つの角を次々と落下させた。６回繰り返して試験を終了させ、１時間静置し、その後各巻回型セル１の最終電圧Ｖ１を測定し、落下過程における電圧はΔＶと表記して巻回型セル１の外観包装における破損又は頂部封着における突き破りがあるかどうかを観察し、電池を外して電池の極耳における破裂があるかどうかを観察し、また、電池の方向Ｗ上の両側のセパレーターにおけるズレ、皺があるかどうか、正極シート及び負極シートにおける接触内部短絡があるかどうかについて観察した。
安全性試験（落下試験）において、実施例１−７（各自にシリアル番号のＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７をそれぞれに付ける）及び比較例１−５（各自にシリアル番号のＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５をそれぞれにつける）のリチウムイオン電池を両面接着剤で落下試験治具に固定し、各巻回型セル１の初期電圧Ｖ０を測定し、治具の六つの面に対して１、２、３、４、５、６の番号をそれぞれに付けておき、治具の四つの角に対してＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の番号をそれぞれに付けておき、室温２５℃において、治具を高さ１．５ｍの試験台に放置し、付けされた番号１−６の順に従って巻回型セル１の六つの面を次々と落下させ、その後、付けされた番号Ｃ１−Ｃ４の順に従って巻回型セル１の四つの角を次々と落下させた。６回繰り返して試験を終了させ、１時間静置し、その後各巻回型セル１の最終電圧Ｖ１を測定し、落下過程における電圧はΔＶと表記して巻回型セル１の外観包装における破損又は頂部封着における突き破りがあるかどうかを観察し、電池を外して電池の極耳における破裂があるかどうかを観察し、また、電池の方向Ｗ上の両側のセパレーターにおけるズレ、皺があるかどうか、正極シート及び負極シートにおける接触内部短絡があるかどうかについて観察した。
表１に、Ｓ１−Ｓ４を比較して、制御パラメータ範囲内において、成分が異なる片面粘着層薄膜を巻回型セル１の巻回終了部１１に貼り、巻回型セル１及び封止膜２を一緒に接着した。落下試験の結果から、電池の外観については破損、液漏れという現象が起こらず、Ｓ１、Ｓ２の中の巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側には上記片面接着層薄膜が接着されず、セパレーターが接着されていないため、落下後の解体によりセパレーターが移位、皺の割合は４０％であり、正極シート及び負極シートの接触内部短絡の割合は２０％となった。Ｓ３−Ｓ５を比較して、制御パラメータ範囲内において、Ｓ５は普通の片面粘着剤層薄膜を用い、巻回型セル１及び封止膜２が接着されていないため、落下試験の結果から、封止膜２における破損、液漏れの割合は４０％であるが、巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側の硬化型接着剤４によりセパレーターが効果的に接着され、落下後においてセパレーターにおける皺、及び長期サイクル試験後にセパレーターにおける収縮短絡という現象が起こされていない。Ｓ６の製造方法は巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側と対応する封止膜２の表面に０．２ＭＰａの面圧を加え、硬化型接着剤４により巻回型セル１の幅方向Ｗの同一側のセパレーターが接着され、リチウムイオン電池は長期サイクル過程においてセパレーターの収縮短絡を防ぐ効果がある。Ｓ１−Ｓ７は２０−２００μｍの流動可能な硬化型接着剤であり、電池製造過程において、リチウムイオン電池の放置温度が７０℃以上であり、圧力が０．２ＭＰａ以上であったことで、優れた接着効果が得られた。
Ｓ１、Ｓ２とＤ１を比較し、上記片面粘着剤層薄膜を用いたＳ１、Ｓ２をポリアクリル酸塩粘着剤層薄膜を用いたＤ１と比較し、落下試験後の封止膜における破損、皺の問題を完全に解決した。Ｓ３、Ｓ４とＤ２を比較し、上記片面粘着剤層薄膜により巻回型セル１の巻回終了部１１と巻回型セル１の幅方向Ｗ上の両側を接着するＳ３、Ｓ４を、ポリアクリル酸塩ＰＥＴ薄膜を用いたＤ２と比較し、落下試験後封装膜における破損と液漏れ、セパレーターにおける移位、皺及び短絡、電圧降下といった問題を完全に解決できた。Ｓ１−Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７をＤ３と比較し、製造方法は７０℃であり、電池面圧が０．２ＭＰａより高い条件下で行う必要があり、Ｄ３の６０℃の条件において硬化型接着剤４の流動性が足らず、しかも圧力なしの条件において硬化型接着剤４が迅速に均一に広がらず、巻回型セル１が封止膜２との接着及びセパレーターとの接着効果は比較的劣り、また、長期サイクル過程においてセパレーターにおける収縮といった問題を解決できない。Ｓ１−Ｓ７はＤ４、Ｄ５と比較し、硬化型接着剤４の厚さは２０−２００μｍという要求を満たす必要があり、厚さが小さすぎると接着面積及び接着力が小さすぎ、セパレーター及び巻回型セル１と封止膜２を接着する効果を果たさず、厚さが大きすぎると電池が変形しやすくなり、電池のサイクル性能に影響を与える。
１ 巻回型セル ３ 片面接着層
１１ 巻回終了部 ４ 硬化型接着剤
２ 封止膜 ５ 極耳
１１ 巻回終了部 ４ 硬化型接着剤
２ 封止膜 ５ 極耳
Claims (9)
- 正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して構成され、セパレーターの幅が正極シート及び負極シートの幅よりも大きくされている巻回型セル（１）と、
電解液と、
巻回型セル（１）を封止して電解液を収納する封止膜（２）とを備えるリチウムイオン電池であり、
巻回型セル（１）における巻回終了部（１１）に片面接着層（３）が接着され、片面接着層（３）の接着剤が７０℃以上の温度で流動可能な硬化型接着剤（４）であり、巻回型セル（１）及び封止膜（２）が片面接着層（３）の周囲に流れ出されている硬化型接着剤（４）により接着されることを特徴とする、リチウムイオン電池。 - 巻回型セル（１）は幅方向（Ｗ）の片側の面において片面接着層（３）が接着され、片面接着層（３）の接着剤が７０℃以上の温度で流動可能な硬化型接着剤（４）であり、巻回型セル（１）の幅方向（Ｗ）の同一側において正極シート及び負極シートを超えている領域のセパレーターは、当該片側の面における流動により片面接着層（３）の周囲に流れ出されている硬化型接着剤（４）により接着され、前記領域におけるセパレーター及び封止膜（２）は、当該片側の面における流れにより片面接着層（３）の周囲に流れ出されている硬化型接着剤（４）により接着されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- 巻回型セル（１）は幅方向（Ｗ）の両側の面又は片側の面のみにおいて片面接着層（３）が接着されていることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- 片面接着層（３）は表面に７０℃以上の温度で流動可能な硬化型接着剤（４）が付着されているＰＥＴ膜であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- ７０℃以上の温度で流動可能な硬化型接着剤（４）はポリプロピレン、酢酸ビニル、エポキシ樹脂、スチレン−イソプレンなる群より選ばれる一種であることができることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- 片面接着剤層（３）の厚さが２０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- 巻回型セル（１）の巻回終了部（１１）と対応する封止膜（２）の表面が平坦化されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウムイオン電池。
- 巻回型セル（１）の幅方向（Ｗ）の片側の面と対応する封止膜（２）の表面が平坦化されることを特徴とする、請求項２に記載のリチウムイオン電池。
- 正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して構成され、セパレーターの幅が正極シート及び負極シートの幅よりも大きくされている巻回型セル（１）と、
電解液と、
巻回型セル（１）を封止して電解液を収納する封止膜（２）とを備えるリチウムイオン電池の製造方法であり、
正極シート、セパレーター及び負極シートを順次に巻回して巻回型セル（１）を構成する第１工程と、
第１工程の後、巻回型セル（１）における巻回終了部（１１）に、硬化型接着剤（４）が付着している片面接着層（３）を接着する第２工程と、
第２工程の後、巻回型セル（１）を封止膜（２）に入れ、電解液を注入して封止を行う第３工程と、
第３工程の後、硬化型接着剤（４）を封止膜（２）の周囲まで流出させる第４工程と、
第４工程の後、巻回型セル（１）及び封止膜（２）を片面接着層（３）の周囲に流出した硬化型接着剤（４）により接着する第５工程と、
を有することを特徴とする、リチウムイオン電池の製造方法。
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