JP7108358B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極には平板状の正極端子を、負極には平板状の負極端子を夫々接続し、これら極板群の上下をラミネートフィルムで覆い、覆ったラミネートフィルムの端部から正極端子と負極端子を外部へ導出させると共に、該覆ったラミネートフィルムの端部全周を互いに重ね合わせてヒートシールして構成される非水電解質電池に関するものである。 In the present invention, a plate-shaped positive electrode terminal is connected to the positive electrode of the electrode plate group in which the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated with a separator interposed therebetween, and a flat plate-shaped negative electrode terminal is connected to the negative electrode. is covered with a laminate film, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out from the ends of the covered laminate film, and the entire ends of the covered laminate film are overlapped and heat-sealed. It relates to electrolyte batteries.
正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極に正極端子を、負極には負極端子をそれぞれ接続し、これら極板群をラミネートフィルムで覆い、正負端子を外部へ導出させてラミネートフィルムの端部全周をヒートシールした非水電解質電池は知られている(特許文献1)。 A positive terminal and a negative terminal are connected to the positive electrode and the negative electrode of the electrode plate group in which the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated with a separator interposed therebetween. A non-aqueous electrolyte battery is known in which the entire circumference of the edge of a laminate film is heat-sealed (Patent Document 1).
この様な非水電解質電池には、ヒートシール時の熱による課題があり、例えば、ラミネートフィルムのヒートシール時に起こるラミネートフィルム内の金属箔と端子の短絡を防止する為に、金属箔の内面に形成されるシーラント層を改良してこれを防止することが提案されている(特許文献2)。 Such non-aqueous electrolyte batteries have problems due to heat during heat sealing. It has been proposed to improve the formed sealant layer to prevent this (Patent Document 2).
本発明は、ラミネートフィルムのヒートシール時の課題は、ラミネートフィルム内の金属箔と端子の短絡だけではなく、ヒートシールにより、セパレータの穴あきや収縮により容量劣化や電池内短絡が生じることがあることを見出し、これらを解消しようとするものである。 In the present invention, the problem when heat sealing a laminated film is not only the short circuit between the metal foil and the terminal in the laminated film, but also the heat sealing may cause capacity deterioration and short circuit in the battery due to perforation and shrinkage of the separator. Find out and try to eliminate them.
本発明者は、材質に拘ることなく、この課題を解決し得ないか鋭意検討した結果見出したものである。 The present inventors made the discovery as a result of earnestly studying whether or not this problem could be solved regardless of the material.
本発明は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極には平板状の正極端子を、負極には平板状の負極端子を夫々溶接し、これら極板群の上下をラミネートフィルムで覆い、覆ったラミネートフィルムの端部から正極端子と負極端子を外部へ導出させると共に、該覆ったラミネートフィルムの端部全周を互いに重ね合わせてヒートシールして構成される非水電解質二次電池において、端子を導出する部分のヒートシール幅を5mm以上とし、更に、該端子の導出部分のヒートシール幅をL1、正極及び負極の各端子の溶接部分からヒートシール部までの長さをL2とした時のL1/L2の値を1.0以下とし、前記長さL2は、それぞれ所定の幅を有する前記溶接部分と前記ヒートシール部が互いに向き合う最短距離により求めることを特徴とするものである。 In the present invention, a plate-like positive electrode terminal is welded to the positive electrode of an electrode plate group in which a positive electrode and a negative electrode are alternately laminated with separators interposed therebetween, and a flat plate-like negative electrode terminal is welded to the negative electrode. is covered with a laminate film, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are led out from the ends of the covered laminate film, and the entire ends of the covered laminate film are overlapped and heat-sealed. In the electrolyte secondary battery, the heat seal width of the terminal lead-out part is 5 mm or more, the heat seal width of the terminal lead-out part is L1, and the length from the welded part of each positive electrode and negative electrode terminal to the heat sealed part The value of L1/L2 is set to 1.0 or less when the length is L2, and the length L2 is obtained from the shortest distance between the welded portion and the heat-sealed portion, each having a predetermined width, facing each other . It is something to do.
本発明によれば、ヒートシールの幅と各端子の溶接部分からヒートシール部までの長さの関係を規定することで、ヒートシール時のセパレータの穴あきや収縮を防止し得たものである。 According to the present invention, by defining the relationship between the width of the heat seal and the length from the welded portion of each terminal to the heat seal portion, it is possible to prevent puncture and shrinkage of the separator during heat sealing. .
図に基づき、本発明の実施形態を説明する。 An embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本発明の一実施形態を説明するための断面図である。図面において、1は一実施形態の非水電解質二次電池であり、具体的にはリチウムイオン二次電池である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the present invention. In the drawings, 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery of one embodiment, specifically a lithium ion secondary battery.
2は正極板で、リチウムコバルト酸化物(LixCoO
2 、但し、xは0≦x≦1)粉末90質量%、アセリレンブラック3質量%、グラファイト3質量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)4質量%で構成された粉体にN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液を加えて混合して活物質スラリーを調整し、これを厚さ15μmのシート状のアルミニウム箔からなる集電体21にその長さ方向端部に筋状の未塗布部を形成して塗布し、100℃で2時間真空乾燥し、次いで、もう一方の面にも同様に端部に筋状の未塗布部を形成してスラリーを塗布し、同様に真空乾燥した。この際、表裏の未塗布部は同じ方向に位置するようにした。その後両面に活物質を塗布したシートをロールプレスして、各枚数に未塗布部があるように切り出し8枚の矩形状(塗布部寸法100mm×100mm)の正極板2を得た。正極板2の厚さは100μmで、充填密度は3.3g/cm3である。
2 is a positive electrode plate containing 90% by mass of lithium cobalt oxide ( LixCoO 2 , where x is 0≤x≤1) powder, 3% by mass of acetylene black, 3% by mass of graphite and 4% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF). An N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution is added to the powder composed of and mixed to prepare an active material slurry, which is applied to the
3は負極板で、平均粒径が20μmの人造黒鉛粉末97質量%、スチレンブタジエンラバー(SBR)2質量%およびカルボキシメチルセルロース(CMC)1質量%で構成された粉体にイオン交換水を加えて混合して活物質スラリーを調整し、これを厚さ10μmのシート状の銅箔からなる集電体31の両面にその長さ方向端部に筋状の未塗布部を形成して塗布し、100℃で2時間真空乾燥した。表裏の未塗布部は同じ方向に位置するようにした。このようにして両面に活物質を塗布したシートをロールプレスして、各枚数に未塗布部があるように切り出し9枚の矩形状(塗布部104mm×104mm)の負極板3を得た。負極の充填密度は1.4g/cm
3 である。
3 is a negative electrode plate, and ion-exchanged water is added to powder composed of 97% by mass of artificial graphite powder having an average particle size of 20 μm, 2% by mass of styrene-butadiene rubber (SBR), and 1% by mass of carboxymethyl cellulose (CMC). An active material slurry is prepared by mixing, and this is applied to both sides of a
これら正極板2と負極板3を108mm×108mmの大きさからなるポリプロピレン製の厚さ30μmの微孔性のセパレータ4を介して交互に積層した。最外側に位置する負極板3のさらに外側にもセパレータ4を配置した。(セパレータ/負極/セパレータ/正極/セパレータ/・・・・・・/負極/セパレータ、と言う順番)正極板2と負極板3の未塗布部は互いに反対側に位置する様な向きに揃えた。積層した後、四隅を粘着テープ(図示せず)で止め、層間すれを起こさないようにした。
The
次に、正極端子22となる厚さ0.25mm、幅7mm、長さ50mmのアルミニウム板を、8枚の正極板2の未塗布部分を重ね一括して超音波溶接により溶接した。同様に負極端子32となる厚さ0.25mm、幅7mm、長さ50mmのニッケルメッキ銅板を、9枚の負極板3の未塗布部分を重ね一括して超音波溶接により溶接した。なお、正極端子22および負極端子32は、超音波溶接に先立ち、外装体による封止予定部に予め厚さ50μmの電子線架橋ポリプロピレンおよび厚さ50μm、融点130℃~140℃の酸変成ポリプロピレンを重ね合わせてなるシーラント5を、酸変成ポリプロピレンが端子側に向けて両面を熱融着しておいた。シーラント5の大きさは、端子の幅方向に2mmずつ両側にはみ出すようにし、長さ方向は、ヒートシール長さより1mm大きくした。
Next, an aluminum plate having a thickness of 0.25 mm, a width of 7 mm, and a length of 50 mm, which serves as the
そして、積層してなる極板群を覆う外装体6としてラミネートフィルムを用いた。このラミネートフィルムは厚さ25μmのナイロンと厚さ40μmの軟質アルミニウム、厚さ40μmの融点160℃の酸変成ポリプロピレンの積層体からなるラミネートフィルムである。1つは、これを所定のサイズに切り出し、極板群が収納できるサイズのカップ状に深絞り成型した容器61とした。深絞りの大きさは、活物質未塗布部を含む極板群の縦横サイズと略等しい大きさになるようにし、深さは極板群の厚さと略等しくなるように成形した。成形後、深堀り部の周囲につば部62を形成し、つば部62の幅を所定の長さにトリミングした。このように成形したラミネートフィルムの容器61に極板群(電極積層体)を収納した。トリミングされたラミネートフィルムのつば部62の2箇所に、正負極端子22、32を対向する位置に設置した。端子に予め融着しておいたシーラント5がつば部61をまたいで外側にはみ出るようにした。
A laminate film was used as the
次に、ラミネートフィルムを所定のサイズに切り出したものを蓋63として、上記の電極積層体を収納した容器61の上に設置した。この蓋63は、上記の電極積層体を収納した容器6の開口上面と同じ大きさとし、重ね合わせた。
Next, a laminate film cut into a predetermined size was used as a
この様に、つば部61上に蓋63を重ね合わせた後、各極板の未塗布部分と各端子との溶接部分からある長さL2離れた部分を上下から加圧しながら熱を加えてシーラント5を含め所定幅(ヒートシール幅)L1をヒートシール(熱融着)して、容器61と蓋63からなる外装体6を備えたリチウムイオン二次電池を作製した。
In this way, after the
この時10mm幅のヒータを用いて熱融着のヒートシール幅L1を10mmとし、各極板の未塗布部分と各端子の溶接部分とヒートシール(熱融着)部との距離L2を種種変えて、L1とL2の比率(L1/L2)の値を変えた時のセパレータの穴あきや収縮等の不具合の有無を調べた結果、表1に示す通りであった。なお、溶接部分とヒートシール部の距離L2は、夫々所定の幅を有する溶接部分とヒートシール部が互いに向き合う最短距離により求めた。 At this time, a heater with a width of 10 mm is used to set the heat seal width L1 of the thermal fusion bonding to 10 mm, and the distance L2 between the uncoated portion of each electrode plate, the welded portion of each terminal, and the heat-sealed (thermally bonded) portion is varied. Table 1 shows the results of examining the presence or absence of defects such as separator holes and shrinkage when the value of the ratio of L1 and L2 (L1/L2) is changed. The distance L2 between the welded portion and the heat-sealed portion was obtained from the shortest distance between the welded portion and the heat-sealed portion, each having a predetermined width, facing each other.
次に、L1とL2の比率(L1/L2)の値を1として、ヒートシール幅L1を種種変えた時のセパレータの穴あきや収縮等の不具合の有無を調べた結果、表2に示す通りであった。熱融着時に用いたヒータの幅はヒートシール幅と同じものを使用した。 Next, the value of the ratio of L1 and L2 (L1/L2) was set to 1 , and the presence or absence of defects such as separator holes and shrinkage when the heat seal width L1 was changed was investigated. Met. The width of the heater used for heat-sealing was the same as the heat-sealing width.
これら表からも明らかな如く、ヒートシール幅L1は5mm以上が必要で、各極板の未塗布部分と各端子の溶接部分と熱融着部との距離L2との比率(L1/L2)は1.0以下である必要である事が判った。この条件を満たす時、外装体の熱融着時にセパレータの穴あきや収縮等の不具合を解消でき、この事に起因する電池の容量劣化や電池内短絡が防止し得る。更に、ヒートシール幅5mmの場合において、L1/L2の値を変えた場合も表1に記載のヒートシール幅10mmの場合と同様の結果が得られた。なお、ヒートシール幅は、電解液の漏れ防止や強度などの他の理由からも5mm以上が好ましいことが知られている。また、上記実施例においては、正極端子と負極端子を対向する位置に設けた場合を示したが、同一方向に設けても良い。 As is clear from these tables, the heat seal width L1 must be 5 mm or more, and the ratio (L1/L2) of the distance L2 between the uncoated portion of each electrode plate, the welded portion of each terminal, and the heat-sealed portion is It turned out that it is necessary to be 1.0 or less. When this condition is satisfied, problems such as puncture and shrinkage of the separator during the heat-sealing of the outer packaging can be resolved, and deterioration of the battery capacity and short-circuiting within the battery caused by this can be prevented. Furthermore, in the case of the heat-sealing width of 5 mm, even when the value of L1/L2 was changed, the same results as in the case of the heat-sealing width of 10 mm shown in Table 1 were obtained. It is known that the width of the heat seal is preferably 5 mm or more for other reasons such as prevention of electrolyte leakage and strength. Moreover, in the above embodiment, the case where the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided at opposite positions was shown, but they may be provided in the same direction.
1 リチウムイオン二次電池
2 正極板
3 負極板
4 セパレータ
5 シーラント
6 外装体
1 Lithium Ion
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