JP6852279B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
接に関するものであり、その溶接方法をそのまま銅製の負極リードと負極端子の溶接に適用することはできない。
14に設けられた開口に固定されている。正極リード11は正極端子としての封口板14に接続され、負極リード12は封口板14に設けられた負極端子15に接続されている。封口板にはアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましく、負極端子15には鉄、ニッケル、又はステンレスを用いることが好ましい。
ネート(DEC)及びメチルプロピルカーボネート(MPC)などが例示される。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトン(γ−BL)及びγ−バレロラクトン(γ−VL)が例示され、鎖状カルボン酸エステルとしてはピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート及びメチルプロピオネートが例示される。
長さが40mm、幅が3mm、厚みが0.1mmの銅製の負極リード12をファイバーレーザーで封口板14に固定された負極端子15に溶接した。図2に示すように、平面形状が直線状である4つの溶接部18を形成した。レーザーの出力及び掃引速度はそれぞれ120W及び50mm/secとした。負極端子15にはニッケルめっきされた鉄を用いた。溶接部18の寸法は長さが1.5mm、幅が0.1mmであった。
実験例2では銅層とニッケル層が積層した二層のCu−Niクラッド材を負極リード12に用いた。銅層とニッケル層の厚みの比は1:2とした。その負極リード12をファイバーレーザーで負極端子15に溶接した。銅層はレーザーが照射される面に、ニッケル層は負極端子15に当接する面に配置した。レーザーの出力及び掃引速度は実験例1と同じ条件を用いた。
Cu−Niクラッド材のニッケル層をレーザーが照射される面に配置し、レーザーの出力及び掃引速度をそれぞれ80W及び300mm/secとしたこと以外は実験例2と同様にして負極リード12を負極端子15に溶接した。実験例2に比べてレーザーの出力を小さくしているのは、銅に比べてニッケルのレーザーの反射率が低いため小さな出力で負極リード12を加熱することができるためである。
実験例3と同様にCu−Niクラッド材のニッケル層をレーザーが照射される面に配置した。そして、ファイバーレーザーに代えてYAGレーザーで負極リード12を負極端子15に溶接した。溶接部48の形状は図4に示すように2つの点状とし、レーザーの出力を調整することでそれらの直径を0.6mmとした。
溶接部18の幅が0.2mmとなるようにレーザーの出力を130Wに変更したこと以外は実験例1と同様にして銅製の負極リード12を負極端子15に溶接した。
溶接部18の幅が0.3mmとなるようにレーザーの出力を140Wに変更したこと以外は実験例1と同様にして銅製の負極リード12を負極端子15に溶接した。
実験例1〜5の負極リードが溶接された各封口板を図5に示すように測定器の第1チャック51で固定し、負極端子に対して垂直方向に折り曲げられた負極リードを第2チャック52で固定した。負極リードを固定した第2チャック52を徐々に下方に引っ張って負極リードと負極端子の間の溶接部が破断したときの荷重を溶接強度として測定した。実験例1〜10の各10個の封口体について溶接強度を測定し、算出したそれぞれの平均値を表1にまとめて示す。
正極活物質としてのコバルト酸リチウムと、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を、95:2.5:2.5の質量比で分散媒としてのN−メチルピロリドン(NMP)中で混練して正極合剤スラリーを作製した。その正極合剤スラリーを厚さ13μmのアルミニウム製の正極芯体の両面にドクターブレード法により間欠塗布し、乾燥して正極合剤層を形成した。その正極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して正極板を作製した。正極板の一部に設けられた正極芯体露出部にアルミニウム製の正極リード11を超音波溶接で溶接した。
負極活物質としての人造黒鉛と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)を、98:1:1の質量比で分散媒としての水中で混練して負極合剤スラリーを作製した。その負極合剤スラリーを厚さ8μmの銅製の負極芯体の両面にドクターブレード法により間欠塗布し、乾燥して負極合剤層を形成した。その負極合剤層をローラーで所定厚みに圧縮し、圧縮後の極板を所定寸法に切断して負極板を作製した。負極板の一部に設けられた負極芯体露出部に銅製の負極リード12を超音波溶接で溶接した。
エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートを40:30:30の体積比で混合して非水溶媒を調製した。その非水溶媒に電解質塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を1mol/Lの濃度になるように溶解して非水電解質を調製した。
正極板と負極板をポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを介して巻回し、その巻回電極体を押しつぶして偏平状の電極体13を作製した。正極リード11及び負極リード12は巻回電極体から同一方向へ導出するように配置した。
電極体13をアルミニウム製の有底筒状の外装缶へ挿入した。電極体から導出する正極リード11は正極端子としての封口板14にレーザーで溶接した。負極リード12は絶縁部材16に囲まれた状態で封口板14に固定された負極端子15にレーザーで溶接した。負極リード12の負極端子15への溶接条件は実験例1と同じ条件を用いた。次に、封口板14を外装缶の開口部にレーザーで溶接し、封口板14に設けられた注液孔17から非水電解質を注液した。最後に、注液孔17をアルミニウム板で封止することにより実施例に係る非水電解質二次電池10を作製した。
ニッケル製の負極リードを用い、負極リードと負極端子の溶接に実験例4と同じ条件を用いたこと以外は実施例と同様にして比較例に係る非水電解質二次電池を作製した。
実施例及び比較例の各電池を1It(=2900mA)の定電流で電池電圧が4.2Vになるまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で電流が0.02It(=58mA)になるまで充電した。そして、各電池を1It(=2900mA)の定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電して1It放電容量を測定した。次に、各電池を上記の充電条件と同じ条件で充電した後、各電池を2It(=5800mA)の定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電して2It放電容量を測定した。1It放電容量に対する2It放電容
量の百分率を負荷特性として算出した。
実施例及び比較例の各電池を1It(=2900mA)の定電流で電池電圧が4.2Vになるまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で電流が0.02It(=58mA)になるまで充電した。充電後の各電池を55℃の環境下で30mΩの抵抗で短絡させて、電池の発火の有無を確認した。試験には実施例及び比較例ともに5セルの電池を用いた。
11 正極リード
12 負極リード
13 電極体
14 封口板
15 負極端子
18 溶接部
Claims (7)
- 正極板と負極板がセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、非水電解質と、前記電極体と前記非水電解質を収容する有底筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を封止する封口板とを備え、
前記負極板に接続された負極リードが少なくとも一つの銅層を含み、
前記負極リードが負極端子に溶接され、
前記負極リードと前記負極端子の間の溶接部の平面形状は線状であり、
前記負極リードと前記負極端子の当接面内における前記溶接部の幅は0.05mm以上0.2mm以下であり、
前記負極端子が前記当接面の周囲を絶縁部材で囲まれた状態で前記封口板に固定されている、
非水電解質二次電池。 - 前記溶接部が直線状である請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極リードが銅の単層からなる請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極リードが銅層とニッケル層を積層したクラッド材からなる請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記ニッケル層はレーザーが照射される面に配置されている請求項4に記載の非水電解質二次電池。
- 正極板と負極板がセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、非水電解質と、前記電極体と前記非水電解質を収容する有底筒状の外装缶と、前記外装缶の開口部を封止する封口板とを備える非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記負極板に接続された負極リードが少なくとも一つの銅層を含み、
前記負極リードと負極端子の当接面内における幅が0.05mm以上0.2mm以下である線状の溶接部が形成されるように前記負極リードにレーザーを照射するステップを含み、
前記負極端子が前記当接面の周囲を絶縁部材で囲まれた状態で前記封口板に固定されている、
非水電解質二次電池の製造方法。 - 前記レーザーとしてファイバーレーザーを用いる請求項6に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
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