JPWO2014162437A1 - リチウムイオン二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の課題は、絶縁層の密着強度を確保し、さらに絶縁層と電極合剤層との間に隙間が生じることを防ぎ、内部短絡の発生を回避できるリチウムイオン二次電池を提供することである。本発明は、正極(1)と負極(2)との間にセパレータ(3)、(4)が介在された扁平形電極群(21)を備えるリチウムイオン二次電池(22)であって、正極(1)は、正極集電体と、正極集電体の表面に形成された正極合剤層(1a)と、正極集電体の表面で且つ正極合剤層(1a)の端部に沿って形成された絶縁層(5)とを有する。そして、正極合剤層(1a)と絶縁層(5)との間に正極合剤層(1a)を構成する正極合剤と絶縁層(5)を構成する絶縁材とが混合されて形成された混合層(13)が介在されている。
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関し、例えば電気自動車やハイブリッド型電気自動車等の動力用電源に用いるリチウムイオン二次電池とその製造方法に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド型電気自動車等の動力用電源として、高エネルギー密度でかつ入出力特性に優れた長寿命の電池が求められている。また、環境性能を重視する観点からも、自動車では電池による走行が指向されており、大容量の電池が求められている。
リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な炭素材料などを活物質として用いる負極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能なリチウム遷移金属複合酸化物を活物質として用いる正極と、微多孔性を有する樹脂製フィルムからなるセパレータを備える。捲回型のリチウムイオン二次電池では、セパレータを介在させて負極と正極を捲回して電極群(捲回群)とし、金属缶などの容器に電極群を収納する(例えば、特許文献1)。
また、このようなリチウムイオン二次電池は、高電圧、高エネルギーを有しているため、充電されている状態で正極と負極が接触するような内部短絡を生じると、高温発熱に至る可能性がある。そこで、セパレータが熱で収縮した際に内部短絡を防止するために、電極端部に絶縁性被膜を配置することなどが提案されている(例えば、特許文献2)。
リチウムイオン二次電池では、前述のように、正極と負極が接触するような内部短絡を防止するために、電極端部に絶縁層を配置することなどが提案されているが、電極合剤層に対する絶縁層の密着強度が不十分であるために電極合剤層から絶縁層が剥離したり、絶縁層と電極合剤層との間に隙間が生じたりといった課題がある。
本発明は、電極合剤層に対する絶縁層の密着強度を十分に確保し、さらに絶縁層と電極合剤層との間に隙間が生じることを防ぎ、内部短絡発生を回避できるリチウムイオン二次電池とその製造方法を提供することを目的とする。
本発明によるリチウムイオン二次電池は、次のような特徴を有する。
正極と負極との間にセパレータが介在された電極群を備えるリチウムイオン二次電池であって、前記正極は、正極集電体と、該正極集電体の表面に形成された正極合剤層と、前記正極集電体の表面で且つ前記正極合剤層の端部に沿って形成された絶縁層とを有し、前記正極合剤層と前記絶縁層との間に前記正極合剤層を構成する正極合剤と前記絶縁層を構成する絶縁材とが混合されて形成された混合層が介在されていることを特徴としている。
上記構成によれば、混合層によるアンカー効果によって合剤層に対する絶縁層の密着強度を十分に確保でき、絶縁層と合剤層との間の隙間の発生も防止できる。これにより、内部短絡の発生を回避することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
リチウムイオン二次電池は、負極と正極との間にセパレータを介在させた電極群を備える。正負の電極は、集電体となる金属箔の表面に合剤層(活物質合剤層)が形成されている。合剤層は、金属箔の表面に活物質を含む合剤を塗工することによって形成される。ただし、金属箔の一部の領域部分には合剤が塗工されず、合剤層は形成されない。合剤層が形成されない領域部分は、金属箔が露出しており、未塗工部と呼ばれる。そして、合剤層が形成された部分は、合剤塗工部と呼ばれる。電極から集電するための集電タブは、この未塗工部が設けられている辺に沿って形成される。正負の電極は、このようにして作製され、合剤塗工部、未塗工部、および未塗工部に形成された集電タブを有する。
本発明によるリチウムイオン二次電池は、正極集電体の表面に部分的に正極合剤を塗工して形成した正極合剤層と、正極集電体の表面で正極合剤が塗工されていない領域である未塗工部との境界部、およびこの境界部の近傍に、絶縁材からなる帯状の絶縁層を配置する。絶縁層は、合剤塗工部と未塗工部との境界部分に沿って設けられており、正極集電体の表面で且つ正極合剤層の端部に沿って形成されている。帯状の絶縁層は、正極合剤層と一部混合層を形成しており、正極合剤層と絶縁層の間に間隙はない。すなわち、正極合剤層と絶縁層との間には、正極合剤と絶縁材とが混合された混合層が介在されている。
以下、図1〜図7を参照して、本発明のリチウムイオン二次電池及びその製造方法の実施形態について説明する。
図3は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の外観斜視図である。
リチウムイオン二次電池22は、いわゆる角形電池と呼ばれるものであり、深絞り加工により形成された扁平箱形の電池容器12と、電池容器12の上部開口12a(図2参照)を密閉する長方形の電池蓋10を有している。電池蓋10には、正極外部端子9と負極外部端子8が設けられている。そして、電池蓋10の正極外部端子9と負極外部端子8との中間位置には、電池蓋10を電池容器12に溶接して密閉した後に、電池容器12内に電解液を注液するための注液口11が設けられている。
図2は、リチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
負極外部端子8と正極外部端子9は、それぞれ電池蓋10を貫通して電池蓋10の裏側に一部が突出した状態で電池蓋10に取り付けられている。そして、負極外部端子8には、負極集電板6が電気的に導通した状態で接続され、正極外部端子9には、正極集電板7が電気的に導通した状態で接続されている。正極集電板7は、扁平形捲回電極群21の正極未塗工部1bに超音波溶接により接合され、負極集電板6は、扁平形捲回電極群21の負極未塗工部2bに超音波溶接により接合されている。扁平形捲回電極群21は、正極集電板7と負極集電板6によって捲回軸方向両端部を電池蓋10から吊り下げ支持された状態で、電池容器12内に収容される。電池蓋10は、電池容器12の上部開口12aを閉塞した状態でレーザー溶接により電池容器12に接合され、電池容器12の上部開口12aを密閉する。
リチウムイオン二次電池22は、電池蓋10の注液口11から扁平形捲回電極群21全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を電池容器12内に注入した後、注液口11を密閉することによって完成される。非水電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比で1:2の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
図1は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の扁平形捲回電極群の斜視図であり、構造を説明するために捲き終わり端部を展開した状態を示している。
扁平形捲回電極群21は、正極1と負極1を重ねて合わせて扁平状に捲回することによって形成されている。扁平形捲回電極群21の正極1と負極2の間には、セパレータ3、4が介在されており、正極1と負極2との間を絶縁している。扁平形捲回電極群21の最外周にはセパレータ4が捲回されており、巻き解けないようにするためにセパレータ4の捲き終わり端部が粘着テープ等によって固定されている(図示せず)。
正極1は、一定幅を有する金属箔からなる正極集電体と、正極集電体の表面に部分的に形成された正極合剤層1aと、正極集電体の表面が露出する未塗工部1bとを有している。正極合剤層1aは、正極集電体の表面の一部に正極合剤を塗工して形成されており、未塗工部1bは、正極集電体に部分的に正極合剤が塗工されずに正極集電体が露出することによって形成されている。正極合剤層1aは、正極集電体の両面、すなわち、正極集電体の一方の表面と他方の表面にそれぞれ形成されており、一定の厚みを有している。未塗工部1bは、正極集電体の一方の長辺に沿って一定幅で延在するように形成されている。正極合剤層1aと未塗工部1bとの境界部には、絶縁層5が設けられている。絶縁層5の詳細な構成については後述する。
負極2は、一定幅を有する金属箔からなる負極集電体と、負極集電体の表面に負極合剤を塗工して形成された負極合剤層2aと、負極集電体が露出する未塗工部2bを有している。負極合剤層2aは、負極集電体の表面の一部に負極合剤を塗工して形成されており、未塗工部2bは、負極集電体に部分的に負極合剤が塗工されずに負極集電体が露出することによって形成されている。負極合剤層2aは、負極集電体の両面、すなわち、負極集電体の一方の表面と他方の表面にそれぞれ形成されており、一定の厚みを有している。未塗工部2bは、負極集電体の一方の長辺に沿って一定幅で延在するように形成されている。
負極2は、正極1よりも長辺方向(捲回方向)の長さが長く、扁平形捲回電極群21では、負極2が正極1よりも内周側(捲回軸中心側)に配置されるように巻き始められ、正極1よりも外周側に配置されるように巻き終わる構成となっている。負極2の負極合剤層2aは、正極合剤層1aよりも短辺方向(捲回軸方向)に大きな幅を有している。扁平形捲回電極群21は、負極2によって正極1が挟み込まれ、かつ、負極合剤層2aの短辺方向両端部が正極合剤層1aの短辺方向両端部よりも幅方向外側に突出した位置に配置されるように捲回されており、正極1の正極合剤層1aの全面に亘って負極2の負極合剤層2aが対向するように構成されている。
正極1と負極2は、互いの未塗工部1bと2bが短辺方向一方側と他方側に配置されるように重ね合わされた状態で捲回されており、間にはセパレータ3、4が介在されている。セパレータ3、4は、絶縁性を有する例えばポリエチレン製などの合成樹脂製材料からなる微多孔膜によって構成されている。セパレータ3,4は、正極合剤層1aと負極合剤層2aとが対向する位置に介在されており、正極1と負極2との間を絶縁している。
次に、本発明の特徴的な構成である正極の構成について詳細に説明する。
図5は、正極の要部を断面で示す模式図、図6は、正極の電極合剤層と絶縁層と混合層の構成を説明する断面模式図、図7は、混合層が形成される方法を説明する図である。
正極1は、正極集電体の表面に形成された合剤塗工部である正極合剤層1aと、正極集電体の表面で且つ正極合剤層1aの端部に沿って形成された絶縁層5を有している。そして、正極合剤層1aと絶縁層5との間には、正極合剤層1aの正極合剤と絶縁層5の絶縁材とが混合されて形成された混合層13が介在されている。
正極合剤層1aは、スラリ状の正極合剤(正極合剤スラリ)を正極集電体の表面に塗工することによって形成される。正極合剤層1aの端部は、図7(a)に示すように、漸次厚さが薄くなる傾斜面を有している。この傾斜面は、正極合剤スラリを正極集電体に塗工したときの正極合剤スラリの粘度が低く、液体分が揮発して固化するまでの間に未塗工部1b側に向かって広がることよって形成される。
絶縁層5の配置は、混合層13の形成を企図して、電極乾燥前のタイミングで正極合剤スラリの塗工と相前後して塗工により行われる。絶縁層5は、正極合剤層1aの端部に沿ってスラリ状の絶縁材(絶縁材スラリ)を塗工することによって形成される。絶縁材スラリは、正極合剤層1aの正極合剤スラリが乾燥する前に塗工される。絶縁材スラリは、図7(b)に示すように、正極合剤層(合剤塗工部)1aと、未塗工部1bとの境界部分に沿って塗工される。絶縁材スラリは、正極合剤層1aの傾斜面に重なるように、正極集電体の表面に塗工される。
絶縁層5は、正極合剤層1aの傾斜面に対向して当接する対向面を有している。対向面は、絶縁材スラリを正極合剤層1aの端部に重なるように塗工することによって形成される。絶縁材スラリは、図6に示すように、絶縁層5の厚さt2が正極合剤層1aの厚さt1以下となるように塗工される。混合層13の厚さt2は、正極合剤層1aが形成されている部分の厚さt1以下となる(t2≦t1)。絶縁層5を構成する絶縁材は、例えば粒子径が1μm以下の金属酸化物などの絶縁性材料と、PVdFやエポキシ樹脂などの溶剤系バインダとを有している。
混合層13は、図7(c)に示すように、正極合剤層1aの傾斜面と絶縁層5の対向面との間に介在されて設けられており、正極合剤層1aと絶縁層5の間に間隙はない。混合層13は、正極合剤層1aの正極合剤スラリが乾燥する前に、絶縁層5の絶縁材スラリが塗工され、乾燥炉に入れる前に予め設定された混合時間を確保することによって形成される。すなわち、混合層13は、所定の混合時間の間に、正極合剤層1aの未乾燥の正極合剤と絶縁層5の未乾燥の絶縁材とが傾斜面と対向面との間で互いに混じり合うことによって形成される。
正極合剤スラリの固形分比率は、50wt%以上70wt%以下の範囲が好ましく、より好適には、60wt%以上70wt%以下の範囲である。この範囲の固形分比率を有する正極合剤スラリに対して、良好な混合層13を形成し得る絶縁材スラリの固形分比率としては、20wt%以上、50wt%以下が好適である。
混合層形成に際して、絶縁材スラリの固形分比率が20wt%未満であると、正極合剤層1aへの含浸度合いが大きくなり、絶縁層5としての機能が低下し、50wt%を超えると、正極合剤層1aとの混合層13の形成が不十分になり、密着強度の確保が困難になる。
上記した好適な範囲の固形分比率を有する正極合剤スラリと絶縁材スラリを用いることによって、正極合剤層1aの正極合剤と絶縁層5の絶縁材とを、傾斜面と対向面との境界で混合することができ、正極合剤層1aに対する絶縁層5の十分な密着強度であるアンカー効果が得られる混合層13を形成することができる。この混合層13の形成により、絶縁層5の密着強度が確保される。また、正極合剤層1aと絶縁層5の間にも間隙が生じず、内部短絡の発生を回避できる。
混合層13の幅d2としては、30μm以上、100μm以下が好適である。また、正極合剤層1aに設けた傾斜部に混合層13を形成する。上記範囲内で制御することによって、絶縁層5の剥離強度の確保と、絶縁層5と正極合剤層1aとの間に隙間が生じることを防ぐことができる。加えて、絶縁層5の最大厚さt2は、正極合剤層1aの最大厚さt1を超えることはなく、混合層13での盛り上がり(凸部)も解消でき、電極加工時や組立時の巻きずれ等の不具合を回避することも可能となる。
混合層13が十分なアンカー効果を示す範囲として、混合層13における正極合剤と絶縁材との混合度合い(割合)は、70%以上(正極合剤と絶縁材の70%以上が混ざっている)であることが好ましい。混合度合いを70%以上とすることによって、アンカー効果を確実にすることができる。
図4は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の電池作製工程のフローチャートである。電極作製については、混練S1、塗工S2、乾燥S3、プレスS4、スリットS5の順に行い、電極原反までを作製する。
混練S1は、活物質と導電助剤および結着剤を所定の重量比で混合し、これに分散溶媒を添加して所定の固形分濃度、粘度に調整した電極合剤スラリを作製する。塗工S2は、所定厚さの金属箔基材の両面に合剤スラリを、所定の幅および所定の重量だけ塗工する。そして、正極電極の場合には、塗工S2と相前後して、絶縁層5の絶縁材スラリの塗工を行う。絶縁材スラリの塗工は、正極合剤層1aの正極合剤スラリが乾燥する前に行われる。
そして、絶縁材スラリを塗工してから予め設定された混合時間が経過した後に、乾燥S3が行われる。絶縁材スラリを塗工してから予め設定された混合時間を乾燥S3の前に設けることによって、正極合剤スラリの正極合剤と絶縁材スラリの絶縁材とを混合を促進して、適切な厚さd2の混合層13を形成することができる。そして、乾燥S3により、溶媒のみを除去することで、塗工後電極を作製する。
プレスS4は、前記塗工後電極を所定の厚さまでロールプレスにより圧縮することで、所定の電極密度を有するプレス後電極を作製する。スリットS5は、前記プレス後電極を、所定の塗工部幅、および所定の未塗工部幅に裁断し、電極原反を作製する。
その後、電極原反を用いて、捲回S6、集電板溶接S7、缶挿入S8、缶溶接S9、注液S10の各工程を経て、リチウムイオン二次電池22を作製する。捲回S6は、正極1と負極2を、両極が互いに直接接触しないように、間にセパレータ3、4を介して、捲回して扁平形捲回電極群21を作製する。場合により捲回軸心を用いて共に捲回してもよい。また、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら、正極未塗工部1bと負極未塗工部2bとが、扁平形捲回電極群21の互いに反対側の端部、すなわち、捲回軸方向一方側と他方側に分かれて配置されるように捲回して作製する。
本実施形態では、絶縁層5の最大厚さt2が、正極合剤層1aの最大厚さt1以下に設定されているので、混合層13が正極合剤層1aよりも盛り上がって凸部となるのを防ぐことができる。したがって、電極加工時や組立時の巻きずれ等の不具合を回避することができる。
集電板溶接S7は、扁平形捲回電極群21の互いに反対側の端部に位置する正極未塗工部1b、および負極未塗工部2bに、それぞれ正極集電板7、負極集電板6を超音波溶接により接合する。また正極集電板7、負極集電板6は予め電池蓋10の部分において、正極外部端子9、および負極外部端子8と接続されている。
缶挿入S8と、次の缶溶接S9は、正極集電板7、および負極集電板6を含む蓋部分を取り付けた扁平形捲回電極群21を電池容器12内に挿入し、電池蓋10と電池容器12をレーザー溶接により封止する。注液は、電池容器12内に、所定量の非水電解液を蓋部分に設けられた注液口11より注入した後、注液口11をレーザー溶接により密閉し、リチウムイオン二次電池22を作製する。
本発明は、上記実施形態によって制限されるものでない。バインダとして、PVDFを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン/ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。
また、本実施形態では、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合溶液中にLiPF6を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。例えば、電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等、またはこれら2種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても制限されるものではない。
次に、上述した本実施形態に従って作製した角型リチウムイオン二次電池22の実施例について説明する。
<電極作製(正極)>
正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物と、導電助剤として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを重量比85:10:5で混合し、これに分散溶媒のN−メチルピロリドン(NMP)を添加、混練したスラリを、正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗工した。正極合剤層1aは、幅が80mm、塗工量が130g/m2、の条件で塗工した。それと相前後して、その一方の未塗工部との境界付近に絶縁層5を塗工した。
正極活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物と、導電助剤として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを重量比85:10:5で混合し、これに分散溶媒のN−メチルピロリドン(NMP)を添加、混練したスラリを、正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗工した。正極合剤層1aは、幅が80mm、塗工量が130g/m2、の条件で塗工した。それと相前後して、その一方の未塗工部との境界付近に絶縁層5を塗工した。
絶縁層5は、PVDFをNMPに溶解させた溶液に、絶縁性材料として粒子径が0.8μmのアルミナ粉体を分散させた固形分比率30wt%のスラリを用いて塗工した。そして、乾燥炉に入れる前に、所定の混合時間、静置することにより、正極合剤層1aと絶縁層5との間に混合層13を形成した。正極合剤層1aと絶縁層5との間に形成される混合層13の幅d2(図6を参照)は、50μmとした。
この混合層13の形成により、絶縁層5と正極合剤層1aとの間の密着強度が確保される。また、正極合剤層1aと絶縁層5の間にも間隙が生じず、内部短絡の発生を回避できる。混合層13は、正極合剤層1aに設けた傾斜部に形成した。
その後、乾燥炉にて合材層1a、絶縁層5および混合層13を乾燥させ、プレス、裁断することにより、正極合剤層1aの幅が80mm、塗工量が130g/m2、電極長が4mの正極1を得た。アルミニウム箔の長尺方向の片側端部には、連続して形成した未塗工部1bを配し、その部分を正極リードとした。
<電極作製(負極)>
負極活物質として黒鉛系炭素粉末、結着剤としてPVDFを添加し、これに分散溶媒のNMPを添加、混練したスラリを、負極集電体となる厚さ10μmの銅箔の両面に塗工した。その後乾燥、プレス、裁断することにより、負極合剤層2aの幅が84mm、塗工量が70g/m2、電極長が4.4mの負極2を得た。なお、銅箔の長尺方向の片側端部には、連続して形成した未塗工部2bを配し、その部分を負極リードとした。
負極活物質として黒鉛系炭素粉末、結着剤としてPVDFを添加し、これに分散溶媒のNMPを添加、混練したスラリを、負極集電体となる厚さ10μmの銅箔の両面に塗工した。その後乾燥、プレス、裁断することにより、負極合剤層2aの幅が84mm、塗工量が70g/m2、電極長が4.4mの負極2を得た。なお、銅箔の長尺方向の片側端部には、連続して形成した未塗工部2bを配し、その部分を負極リードとした。
<電池組立>
上記作製した正極1と負極2を、これら両極が直接接触しないように幅90mm、厚さ30μmのポリエチレン製微多孔性のセパレータ3およびセパレータ4と共に捲回して扁平形捲回電極群21を作製した。扁平形捲回電極群21は、正極1、負極2、セパレータ3、セパレータ4とも長尺方向に10Nの荷重をかけて伸展しつつ、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら作製した。扁平形捲回電極群21の中心には、セパレータ3およびセパレータ4を一層以上配した。このとき、正極未塗工部1bと負極未塗工部2bとが、それぞれ扁平形捲回電極群21の互いに反対側の端部に位置するようにした。
上記作製した正極1と負極2を、これら両極が直接接触しないように幅90mm、厚さ30μmのポリエチレン製微多孔性のセパレータ3およびセパレータ4と共に捲回して扁平形捲回電極群21を作製した。扁平形捲回電極群21は、正極1、負極2、セパレータ3、セパレータ4とも長尺方向に10Nの荷重をかけて伸展しつつ、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら作製した。扁平形捲回電極群21の中心には、セパレータ3およびセパレータ4を一層以上配した。このとき、正極未塗工部1bと負極未塗工部2bとが、それぞれ扁平形捲回電極群21の互いに反対側の端部に位置するようにした。
次に、注液口11を配した電池蓋10に負極外部端子8と正極外部端子9をあらかじめ接続し、負極外部端子8と負極集電板6を電気的に導通させ、正極外部端子9と正極集電板7も電気的に導通するよう作製した。正極未塗工部1bを正極集電板7と超音波溶接により接合し、負極未塗工部2bと負極集電板6とも同様に接合した。その後、電池蓋部分を取り付けた扁平形捲回電極群21を電池容器12内に挿入した。
扁平形捲回電極群21全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を電池容器12内に注液口11より注入した後、注液口11を密閉することによりリチウムイオン二次電池22を完成させた。非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で1:2の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの濃度で溶解したものを用いた。注液口11をレーザー溶接により密閉し、リチウムイオン二次電池22を作製した。
実施例2によるリチウムイオン二次電池22は、実施例1で説明したリチウムイオン二次電池22と同様の構成であるが、絶縁層5のみが異なる。したがって、絶縁層5についてのみ説明する。
<電極作製(正極)>
絶縁層5は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とアクリル酸共重合物の混合物をNMPに溶解させた溶液を塗工した以外は、実施例1と同様の方法で作製した。エポキシ系の樹脂については、上記以外のものを用いてもよい。
絶縁層5は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とアクリル酸共重合物の混合物をNMPに溶解させた溶液を塗工した以外は、実施例1と同様の方法で作製した。エポキシ系の樹脂については、上記以外のものを用いてもよい。
これ以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池22を作製する。
実施例1、2で作製した正極電極1においては、図6に示すように、混合層13が形成されることで、密着強度が十分確保され、また正極合剤層1aと絶縁層5の間に間隙も生じておらず、内部短絡の懸念を回避できている。上記正極を使用して作製した電池の内部短絡試験においても、十分な耐性が得られており、本発明の効果が得られていると考えられる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1 正極
1a 正極合剤層
1b 正極未塗工部
2 負極
2a 負極合剤層
2b 負極未塗工部
3 セパレータ
4 セパレータ
5 絶縁層
6 負極集電板
7 正極集電板
8 負極外部端子
9 正極外部端子
10 電池蓋
11 注液口
12 電池缶
13 混合層
21 扁平形捲回電極群
22 リチウムイオン二次電池
1a 正極合剤層
1b 正極未塗工部
2 負極
2a 負極合剤層
2b 負極未塗工部
3 セパレータ
4 セパレータ
5 絶縁層
6 負極集電板
7 正極集電板
8 負極外部端子
9 正極外部端子
10 電池蓋
11 注液口
12 電池缶
13 混合層
21 扁平形捲回電極群
22 リチウムイオン二次電池
Claims (7)
- 正極と負極との間にセパレータが介在された電極群を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記正極は、正極集電体と、該正極集電体の表面に形成された正極合剤層と、前記正極集電体の表面で且つ前記正極合剤層の端部に沿って形成された絶縁層と、を有し、
前記正極合剤層と前記絶縁層との間に、前記正極合剤層を構成する正極合剤と前記絶縁層を構成する絶縁材とが混合されて形成された混合層が介在されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 前記正極合剤層の端部は、漸次厚さが薄くなる傾斜面を有し、
前記絶縁層は、前記傾斜面に対向する対向面を有し、
前記混合層は、前記傾斜面と前記対向面との間に介在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二次電池。 - 前記絶縁層の厚さが、前記正極合剤層の厚さ以下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二次電池。
- 前記混合層の幅が30μm以上、100μm以下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二次電池。
- 前記絶縁層は、絶縁性材料と溶剤系バインダとを有する固形分濃度が20wt%以上、50wt%以下である絶縁材スラリを塗工することによって形成されたことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記絶縁性材料は、粒子径1μm以下の金属酸化物を有し、前記溶剤系バインダは、PVdFまたはエポキシ樹脂を有することを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。
- 正極と負極との間にセパレータが介在された電極群を備えるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
正極集電体の表面にスラリ状の正極合剤を塗工して正極合剤層を形成するステップと、
前記正極合剤層の正極合剤が乾燥する前に、前記正極集電体の表面で且つ前記正極合剤層の端部に沿ってスラリ状の絶縁材を塗工して絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁材を塗工してから予め設定された混合時間が経過した後に加熱乾燥させるステップと、を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
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