JP6037713B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩及びジフルオロリン酸リチウムの少なくとも一方を含有する非水電解液を用いて作製された非水電解質二次電池であって、
前記偏平状の巻回電極体の中央部にセパレータのみの巻回部が8層以上存在することを特徴とする。
前記正極板は長手方向に沿って正極芯体露出部が形成され、
前記負極板は長手方向に沿って負極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方には集電体が溶接され、
前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方と前記集電体との溶接部は、前記巻回電極体の巻回中心軸からずれているものとすることが好ましい。
前記溶接部は、1箇所であって、前記巻回電極体の巻回中心軸から封口体側にずれているものとすることが好ましい。
最初に、実施形態1の角形の非水電解質二次電池を図1〜図3を用いて説明する。この角形の非水電解質二次電池10は、図3に示したように、正極板11と負極板12とがセパレータ13を介して互いに絶縁された状態で巻回された偏平状の巻回電極体14を有している。この偏平状の巻回電極体14の最外面側は、セパレータ13で被覆されているが、負極板12が正極板11よりも外周側となるようになされている。また、正極板11及び負極板12をセパレータ13を介して互いに絶縁した状態で偏平状の巻回電極体14を形成する場合には、通常セパレータは2枚使用される。そして、ここでは偏平状の巻回電極体14の中央部は、非水電解液が内部に入り易くなるようにするため、2枚のセパレータ13だけを2周巻回した状態、すなわち、個々のセパレータ13が計8層積層された状態となされている。なお、図3における「CP」は、偏平状の巻回電極体14の巻回中心位置を示している。
次に、実施形態1の角形の非水電解質二次電池10で用いた正極活物質合剤層11a及び負極活物質合剤層12aの具体的組成及び非水電解液の具体的組成について説明する。正極活物質としては、LiNi0.35Co0.35Mn0.30O2で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を用いた。このリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物と導電剤としての炭素粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、それぞれ質量比で88:9:3となるように秤量し、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と混合して正極活物質合剤スラリーを調製した。この正極活物質合剤スラリーを、例えば厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面にダイコーターによって塗布し、正極活物質合剤層を正極芯体の両面に形成し、次いで、乾燥させて有機溶媒となるNMPを除去し、ロールプレスによって所定厚さとなるように圧縮した。得られた極板を極板の幅方向の一方端に長さ方向全体にわたって一定幅で正極活物質合剤層が両面に形成されていない正極芯体露出部15が形成されるようにスリットし、図3Aに示した構成の正極板11を得た。
負極板は次のようにして作製した。黒鉛粉末98質量部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量部、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム(SBR)1質量部を水に分散させ負極活物質合剤スラリーを調整した。この負極活物質合剤スラリーを厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の両面にダイコーターによって塗布し、乾燥して負極集電体の両面に負極活物質合剤層を形成し、次いで、圧縮ローラーを用いて所定厚さに圧縮した。その後、得られた極板を極板の幅方向の一方端に長さ方向全体にわたって一定幅で負極活物質合剤層が両面に形成されていない負極芯体露出部16が形成されるようにスリットし、図3Bに示した構成の負極板12を得た。
非水電解液としては、溶媒としてエチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とを体積比(25℃、1気圧)で3:7の割合で混合した混合溶媒に電解質塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように添加し、さらにオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としてのLiBOBを0.1mol/L及びLiPF2O2を0.05mol/Lとなるように添加したものを用いた。なお、添加されたLiBOBは、初期の充電時に負極板の表面で反応して保護被膜を形成するため、実施形態1の角形の非水電解質二次電池10内では非水電解液中に添加されたLiBOBの全てがLiBOBの形で存在しているわけではない。同様に、LiPF2O2も初期の充放電時に正極眼及び負極板の表面に保護被膜を形成するため、実施形態1の角形の非水電解質二次電池10内では非水電解液中に添加されたLiPF2O2の全てがLiPF2O2の形で存在しているわけではない。
上述のようにして作製された負極板12及び正極板11を、最外面側が負極板12となるようにして、それぞれセパレータ13を介して互いに絶縁された状態で巻回した後、偏平状に成形して偏平状の巻回電極体14を作製した。この偏平状の巻回電極体14は、正極板11及び負極板12の巻回数がそれぞれ43回、44回となっており、すなわち、正極板11及び負極板12の総積層枚数はそれぞれ86枚、88枚であり、設計容量が20Ahのものである。また、正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16の総積層枚数はそれぞれ86枚、88枚である。この偏平状の巻回電極体14を用いて、非水電解液が注入されていない角形の非水電解質二次電池を作製した。その後、角形外装体25内を真空脱気した後、上述のようにして作製された非水電解液を封口体23に設けられた電解液注液口26から所定量注液し、電解液注液口26をブラインドリベットにより封止し、図1〜図3に記載した構成を備える実施形態1の角形の非水電解質二次電池10を作製した。なお、非水電解液を注液した後、電解液注液口26を封止する前に予備充電を行うことが好ましい。
上記の実施形態1の非水電解質二次電池10では、複数枚が積層された正極芯体露出部15及び負極芯体露出部16をそれぞれ2分し、その間に正極用導電部材29ないし負極用導電部材31を有する正極用中間部材30ないし負極用中間部材32を配置した例を示した。しかしながら、本発明は複数枚が積層された正極芯体露出部15ないし負極芯体露出部16を2分しなくてもよい。
実施形態1及び2の角形の非水電解質二次電池10、10Aでは、束ねられた正極芯体露出部15ないし負極芯体露出部16に正極集電体17ないし負極集電体19をそれぞれ2箇所ずつ抵抗溶接することによって溶接接続した例を示したが、この溶接接続箇所は1箇所でもよい。そこで、実施形態2の角形の非水電解質二次電池10Aに対して溶接箇所を1箇所とした実施形態3の角形の非水電解質二次電池10Bを図5を用いて説明する。なお、図5においては、図4に示した実施形態2の角形の非水電解質二次電池10Aと同一の構成部分には同一の参照符号を付与して、その詳細な説明は省略する。また、実施形態3の偏平状の巻回電極体14における正極芯体露出部15と正極集電体17との抵抗溶接部の構成及び負極芯体露出部16と負極集電体19との抵抗溶接部の構成は、それぞれの形成材料が相違する他は実質的に同様の構成を備えているので、図5Bとして正極芯体露出部15側の側面図を例示し、負極芯体露出部16側の側面図の図示は省略した。
変形例として、幅方向(短辺方向)の両端部に負極芯体露出部を形成した例を図6を用いて説明する。
Claims (18)
- 長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩及びジフルオロリン酸リチウム(LiPF2O2)の少なくとも一方を含有する非水電解液を用いて作製された非水電解質二次電池であって、
前記偏平状の巻回電極体の中央部にセパレータのみの巻回部が8層以上存在し、
前記正極板は長手方向に沿って正極芯体露出部が形成され、
前記負極板は長手方向に沿って負極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方には集電体が溶接され、
前記集電体の溶接部は、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸からずれている非水電解質二次電池。 - 前記外装体は、開口部を有する有底筒状の角形外装体と、前記開口部を封止する封口体からなり、
前記溶接部は、1箇所であって、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸から前記封口体側にずれていることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 - 前記外装体は、開口部を有する有底筒状の角形外装体と、前記開口部を封止する封口体からなり、
前記溶接部は、2箇所であり、それぞれ前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸から前記封口体側及び前記角形外装体の底部側にずれていることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 - 前記正極板及び前記負極板の巻回数はそれぞれ30以上であり、
電池容量が20Ah以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 - 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩はリチウムビス(オキサラト)ホウ酸塩(Li[B(C2O4)2])であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極芯体露出部は前記負極板の幅方向の両端に長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極板及び前記負極板の少なくとも一方の表面には、金属酸化物粒子及び結着剤からなる保護層が形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極芯体露出部は前記負極板の幅方向の両端に長手方向に沿って形成され、前記負極板において前記負極板の幅方向における中央に形成された負極活物質合剤層の表面には金属酸化物粒子及び結着剤からなる保護層が形成され、前記保護層は前記負極板の幅方向の両端に長手方向に沿って形成され前記負極芯体露出部の両方の表面にも形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
- 長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩及びジフルオロリン酸リチウム(LiPF2O2)の少なくとも一方を含有する非水電解液を用いて作製された非水電解質二次電池であって、
前記偏平状の巻回電極体の中央部にセパレータのみの巻回部が8層以上存在し、
前記負極板の幅方向の両端に長手方向に沿って、負極芯体の表面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部が形成されている非水電解質二次電池。 - 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩はリチウムビス(オキサラト)ホウ酸塩(Li[B(C2O4)2])であることを特徴とする請求項9に記載の非水電解質二次電池。
- 長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
前記偏平状の巻回電極体の中央部にセパレータのみの巻回部が8層以上存在し、
前記正極板は長手方向に沿って正極芯体露出部が形成され、
前記負極板は長手方向に沿って負極芯体露出部が形成され、
前記偏平状の巻回電極体は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方には集電体が溶接され、
前記集電体の溶接部は、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸からずれている非水電解質二次電池の製造方法であって、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩及びジフルオロリン酸リチウム(LiPF2O2)の少なくとも一方を含有する非水電解液を前記外装体内に注液する工程を有する非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記外装体は、開口部を有する有底筒状の角形外装体と、前記開口部を封止する封口体からなり、
前記溶接部は、1箇所であって、前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸から前記封口体
側にずれていることを特徴とする請求項11に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記外装体は、開口部を有する有底筒状の角形外装体と、前記開口部を封止する封口体からなり、
前記溶接部は、2箇所であり、それぞれ前記偏平状の巻回電極体の巻回中心軸から前記封口体側及び前記角形外装体の底部側にずれていることを特徴とする請求項11に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 非水電解質二次電池の作製時において、前記非水電解液は少なくとも前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含み、前記非水電解液中の前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩の含有量が0.01〜2.0mol/Lである、
又は、
非水電解質二次電池の作製時において、前記非水電解液は少なくとも前記ジフルオロリン酸リチウムを含み、前記非水電解液中の前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量が0.01〜2.0mol/Lである、
請求項11〜13のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩はリチウムビス(オキサラト)ホウ酸塩(Li[B(C2O4)2])であることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 長尺状の正極板と長尺状の負極板とを長尺状のセパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、
前記偏平状の巻回電極体及び非水電解液を収納する外装体とを有し、
前記偏平状の巻回電極体の中央部にセパレータのみの巻回部が8層以上存在し、
前記負極板の幅方向の両端に長手方向に沿って、負極芯体の表面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部が形成されている非水電解質二次電池の製造方法であって、
オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩及びジフルオロリン酸リチウム(LiPF2O2)の少なくとも一方を含有する非水電解液を前記外装体内に注液する工程を有する非水電解質二次電池の製造方法。 - 非水電解質二次電池の作製時において、前記非水電解液は少なくとも前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含み、前記非水電解液中の前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩の含有量が0.01〜2.0mol/Lである、
又は、
非水電解質二次電池の作製時において、前記非水電解液は少なくとも前記ジフルオロリン酸リチウムを含み、前記非水電解液中の前記ジフルオロリン酸リチウムの含有量が0.01〜2.0mol/Lである、
請求項16に記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩はリチウムビス(オキサラト)ホウ酸塩(Li[B(C2O4)2])であることを特徴とする請求項16又は17に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
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