JP6138436B2 - 非水電解質二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
充填密度(g/ml)=(A―B)/〔(C−D)×10cm2〕
以下に、本発明に係る角形電池をリチウムイオン二次電池に適用した場合について、図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態にかかるリチウムイオン二次電池を示す図であり、図2は、リチウムイオン二次電池に用いる電極体を示す図であり、図3は、実施の形態1にかかる非水電解質二次電池に用いる正負電極板を示す平面図である。
リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi0.35Co0.35Mn0.3O2)からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)からなる結着剤とを、質量比88:9:3の割合で量り採り、これらをN−メチル−2−ピロリドンからなる有機溶剤等に溶解させた後、混合し、正極活物質スラリーを調製する。
黒鉛からなる負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比98:1:1の割合で量り採り、これらを適量の水と混合し、負極活物質スラリーを調製する。
上記正極と負極とポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとを、図3に示すように、正極芯体露出部22aと負極芯体露出部32aと、が巻回方向に対し互いに逆向きに突出し、且つ、異なる活物質層間にはオレフィン樹脂製のセパレータが介在するように3つの部材を位置合わせし重ね合わせ、巻き取り機により巻回し、絶縁性の巻き止めテープを設け、その後プレスして扁平状の電極体を完成させる。
一方面側に突出した凸部(図示せず)が2つ、離間して設けられたアルミニウム製の正極集電板14及び銅製の負極集電板15をそれぞれ1つと、一方面側に突出した凸部が1つ設けられたアルミニウム製の正極集電板受け部品(図示せず)及び銅製の負極集電板受け部品(図示せず)をそれぞれ2つ準備する。この正極集電板14、負極集電板15、正極集電板受け部品、及び負極集電板受け部品の凸部を囲うように、絶縁テープを貼り付ける。
扁平状電極体の正極11の芯体露出部の一方面に、上記正極集電板14を、凸部が正極芯体露出部22a側となるようにしてあてがう。そして、上記正極集電板受け部品を1つ、凸部が正極芯体露出部22a側となるように、且つ正極集電板14の1つの凸部と正極集電板受け部品の凸部とが対向するようにして、正極芯体露出部22aにあてがう。この後、正極集電板14の凸部の裏側、及び正極集電板受け部品の凸部の裏側に一対の溶接用電極を押し当て、一対の溶接用電極に電流を流して、正極集電板14および正極集電板受け部品を正極芯体露出部22aに抵抗溶接する。
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを体積比3:7の割合(1気圧、25℃と換算した場合における)で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのLiPF6を1.0M(モル/リットル)の割合で溶解したものをベース電解液となす。このベース電解液に、0.3質量%のビニレンカーボネートと、0.1モル/リットルのリチウムビスオキサレートボレート(LiB(C2O4)2)を添加して、非水電解質となす。
封口体2と一体化された電極体10を外装缶1内に挿入して外装缶1の開口部に封口体2を嵌合し、封口体2の周囲と外装缶1の接合部をレーザ溶接し、封口体2に設けられた非水電解質注入孔(図示せず)から所定量の上記非水電解質を注入した後、この非水電解質注入孔を密閉する。
図4は、実施の形態2にかかる非水電解質二次電池に用いる正負電極板を示す平面図である。本実施の形態は、図4に示すように、正極板20は、正極芯体露出部22aの正極活物質層21近傍には、正極保護層23が、正極活物質層21と連続して設けられている構成であり、負極板30は、帯状の負極芯体の長手方向に沿った両方端が露出した負極芯体露出部32a・32bと、負極芯体上に形成された負極活物質層31と、を有している構成であること以外は、上記実施の形態1と同様である。このため、相違点以外の構成についての説明は省略する。
正極活物質としては、例えばリチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNixCoyMnzO2、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)、リチウム含有コバルト複合酸化物(LiCoO2)、リチウム含有ニッケル複合酸化物(LiNiO2)、リチウム含有ニッケルコバルト複合酸化物(LiCoxNi1−xO2)、リチウム含有マンガン複合酸化物(LiMnO2)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素(例えば、Ti,Zr,Mg,Al等)で置換した化合物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。
2 封口体
5,6 電極端子
10 電極体
14 正極集電板
15 負極集電板
20 正極板
21 正極活物質層
22a 正極芯体露出部
23 正極保護層
30 負極板
31 負極活物質層
32a・32b 負極芯体露出部
Claims (18)
- 帯状の正極と、
帯状の負極と、
前記正極と前記負極がセパレータを介して巻回された扁平状電極体と、
非水溶媒を含む非水電解質と、
開口部を有し、前記扁平状電極体及び前記非水電解質を収容する外装缶と、
前記開口部を封口する封口体と、を備え、電池容量が21Ah以上である一つの非水電解質二次電池であって、
前記正極は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成されたリチウム含有遷移金属複合酸化物を含む正極活物質層と、を有し、
前記負極は、負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質層と、を有し、
前記非水溶媒は、エチレンカーボネートを25℃、1気圧基準で30〜70体積%含み、
前記非水電解質は、リチウムビスオキサレートボレートを含み、
前記非水電解質中のリチウムビスオキサレートボレートの含有量は、0.05〜0.20モル/リットルであり、
前記正極活物質層の充填密度が2.0〜2.8g/mlであり、
前記正極は、前記正極の幅方向における一方の端部に、前記正極の長手方向に沿って、前記正極活物質層が形成されずに前記正極芯体が露出した正極芯体露出部を有し、
前記負極は、前記負極の幅方向における一方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極活物質層が形成されずに前記負極芯体が露出した負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体において前記正極活物質層が形成されていない部分であって前記正極活物質層と連続する領域には、絶縁性無機粒子、導電性無機粒子及び結着剤を含む正極保護層が形成されており、
前記扁平状電極体の一方の端部には巻回された前記正極芯体露出部が設けられ、他方の端部には巻回された前記負極芯体露出部が設けられ、
前記正極芯体露出部に正極集電板が接続され、
前記負極芯体露出部に負極集電板が接続され、
前記封口体には非水電解質注液孔が形成され、前記非水電解質注液孔は封止されており
、
前記正極保護層に含まれる前記結着剤の総質量は、前記正極保護層に含まれる前記絶縁性無機粒子の総質量よりも小さく、前記正極保護層に含まれる前記導電性無機粒子の質量割合よりも大きい非水電解質二次電池。 - 前記絶縁性無機粒子の平均粒径は0.1〜10μmであり、
前記正極保護層の厚みは、20μm以上で且つ前記正極活物質層の厚みの80%以下である請求項1に記載の非水電解質二次電池。 - 前記負極は、前記負極の幅方向における他方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されない領域を有し、
前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されない領域と、前記正極芯体の間に、前記正極保護層が設けられた請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。 - 帯状の正極と、
帯状の負極と、
前記正極と前記負極がセパレータを介して巻回された扁平状電極体と、
非水溶媒を含む非水電解質と、
開口部を有し、前記扁平状電極体及び前記非水電解質を収容する外装缶と、
前記開口部を封口する封口体と、を備え、
前記正極は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成されたリチウム含有遷移金属複合酸化物を含む正極活物質層と、を有し、
前記負極は、負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質層と、を有し、
前記非水溶媒は、エチレンカーボネートを25℃、1気圧基準で30〜70体積%含み、
前記正極活物質層の充填密度が2.0〜2.8g/mlであり、
前記正極は、前記正極の幅方向における一方の端部に、前記正極の長手方向に沿って、前記正極活物質層が形成されずに前記正極芯体が露出した正極芯体露出部を有し、
前記負極は、前記負極の幅方向における一方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極活物質層が形成されずに前記負極芯体が露出した負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体において前記正極活物質層が形成されていない部分であって前記正極活物質層と連続する領域には、絶縁性無機粒子及び結着剤を含む正極保護層が形成されており、
前記絶縁性無機粒子の平均粒径は0.1〜10μmであり、
前記扁平状電極体の一方の端部には巻回された前記正極芯体露出部が設けられ、他方の端部には巻回された前記負極芯体露出部が設けられ、
前記正極芯体露出部に正極集電板が接続され、
前記負極芯体露出部に負極集電板が接続され、
電池容量が21Ah以上であり、
前記封口体に非水電解質注液孔が形成され、前記非水電解質注液孔は封止された一つの非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記非水電解質注液孔から前記外装缶に、リチウムビスオキサレートボレートを含み、リチウムビスオキサレートボレートの含有量が0.05〜0.20モル/リットルである前記非水電解質を注入する注入工程と、
前記注入工程の後、前記非水電解質注液孔を封止する工程を有する非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記正極保護層は、導電性無機粒子を含む請求項4に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記正極保護層に含まれる前記結着剤の総質量は、前記正極保護層に含まれる前記絶縁性無機粒子の総質量よりも小さく、前記正極保護層に含まれる前記導電性無機粒子の質量割合よりも大きい請求項5に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記正極保護層の厚みは20μm以上である請求項4〜6のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記負極は、前記負極の幅方向における他方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されない領域を有し、
前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されない領域と、前記正極芯体の間に、前記正極保護層が設けられた請求項4〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記正極芯体上に前記正極活物質層を形成し前記正極活物質層を圧縮した後、前記正極芯体上に正極保護層を設ける請求項4〜8のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記注入工程において、前記非水電解質はジフルオロリン酸リチウムを含み、
前記注入工程において、前記非水電解質中のジフルオロリン酸リチウムの含有量は0.01〜0.10モル/リットルである請求項4〜9のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記負極において、前記負極の幅方向における他方の端部では、前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されている請求項4〜7のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記注入工程において、前記非水電解質はフルオロエチレンカーボネート及びγ―ブチロラクトンの少なくとも一方を含む請求項4〜11のいずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 帯状の正極と、
帯状の負極と、
前記正極と前記負極がセパレータを介して巻回された扁平状電極体と、
非水溶媒を含む非水電解質と、
開口部を有し、前記扁平状電極体及び前記非水電解質を収容する外装缶と、
前記開口部を封口する封口体と、を備え、
前記正極は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成されたリチウム含有遷移金属複合酸化物を含む正極活物質層と、を有し、
前記負極は、負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質層と、を有し、
前記非水溶媒は、エチレンカーボネートを25℃、1気圧基準で30〜70体積%含み、
前記正極活物質層の充填密度が2.0〜2.8g/mlであり、
前記正極は、前記正極の幅方向における一方の端部に、前記正極の長手方向に沿って、前記正極活物質層が形成されずに前記正極芯体が露出した正極芯体露出部を有し、
前記負極は、前記負極の幅方向における一方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極活物質層が形成されずに前記負極芯体が露出した負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体において前記正極活物質層が形成されていない部分であって前記正極活物質層と連続する領域には、絶縁性無機粒子及び結着剤を含む正極保護層が形成されており、
前記絶縁性無機粒子の平均粒径は0.1〜10μmであり、
前記扁平状電極体の一方の端部には巻回された前記正極芯体露出部が設けられ、他方の端部には巻回された前記負極芯体露出部が設けられ、
前記正極芯体露出部に正極集電板が接続され、
前記負極芯体露出部に負極集電板が接続され、
前記封口体に非水電解質注液孔が形成され、前記非水電解質注液孔は封止された電池駆動自動車用の一つの非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記非水電解質注液孔から前記外装缶に、リチウムビスオキサレートボレートを含み、リチウムビスオキサレートボレートの含有量が0.05〜0.20モル/リットルである前記非水電解質を注入する注入工程と、
前記注入工程の後、前記非水電解質注液孔を封止する工程を有する非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記負極において、前記負極の幅方向における他方の端部では、前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されている請求項13に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記注入工程において、前記非水電解質はフルオロエチレンカーボネート及びγ―ブチロラクトンの少なくとも一方を含む請求項13又は14に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 帯状の正極と、
帯状の負極と、
前記正極と前記負極がセパレータを介して巻回された扁平状電極体と、
非水溶媒を含む非水電解質と、
開口部を有し、前記扁平状電極体及び前記非水電解質を収容する外装缶と、
前記開口部を封口する封口体と、を備え、
前記正極は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成されたリチウム含有遷移金属複合酸化物を含む正極活物質層と、を有し、
前記負極は、負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質層と、を有し、
前記非水溶媒は、エチレンカーボネートを25℃、1気圧基準で30〜70体積%含み、
前記正極活物質層の充填密度が2.0〜2.8g/mlであり、
前記正極は、前記正極の幅方向における一方の端部に、前記正極の長手方向に沿って、前記正極活物質層が形成されずに前記正極芯体が露出した正極芯体露出部を有し、
前記負極は、前記負極の幅方向における一方の端部に、前記負極の長手方向に沿って、前記負極活物質層が形成されずに前記負極芯体が露出した負極芯体露出部を有し、
前記正極芯体において前記正極活物質層が形成されていない部分であって前記正極活物質層と連続する領域には、絶縁性無機粒子、導電性無機粒子及び結着剤を含む正極保護層が形成されており、
前記扁平状電極体の一方の端部には巻回された前記正極芯体露出部が設けられ、他方の端部には巻回された前記負極芯体露出部が設けられ、
前記正極芯体露出部に正極集電板が接続され、
前記負極芯体露出部に負極集電板が接続され、
前記封口体には非水電解質注液孔が形成され、前記非水電解質注液孔は封止されており、
前記正極保護層に含まれる前記結着剤の総質量は、前記正極保護層に含まれる前記絶縁性無機粒子の総質量よりも小さく、前記正極保護層に含まれる前記導電性無機粒子の質量割合よりも大きい、電池駆動自動車用の一つの非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記非水電解質注液孔から前記外装缶に、リチウムビスオキサレートボレートを含み、リチウムビスオキサレートボレートの含有量が0.05〜0.20モル/リットルである前記非水電解質を注入する注入工程と、
前記注入工程の後、前記非水電解質注液孔を封止する工程を有する非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記負極において、前記負極の幅方向における他方の端部では、前記負極芯体上に前記負極活物質層が形成されている請求項16に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
- 前記注入工程において、前記非水電解質はフルオロエチレンカーボネート及びγ―ブチロラクトンの少なくとも一方を含む請求項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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