JPWO2016121734A1 - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
図4〜8bを参照して説明した製造方法に従って、リチウムイオン二次電池を製造した。
まず、正極活物質としてLiMn2O4とLiNi0.8Co0.1Al0.1O2との混合活物質を用い、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてPVdFを用い、これらの合剤を有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。このスラリーを、図4に示すように厚さ20μmのアルミニウムを主成分とする正極集電体3の一方の面に間欠的に塗布して乾燥し、厚さ80μmの正極活物質2を形成した。正極活物質2を間欠的に塗布することで、正極活物質2の塗布部と未塗布部が、正極集電体2の長手方向に沿って交互に存在する状態にした。正極集電体3の他方の面には、正極活物質2の塗布部と未塗布部の境界部分4aが、一方の面の境界部分4aから2mm内側にずれるように、厚さ80μmの正極活物質2を形成した。正極活物質2の塗布部は平坦部2bと傾斜部2aを有し、傾斜部2aは、平坦部2bから未塗布部に向かって厚さが減少するように塗布することによって形成された。
負極活物質7として表面を非晶質で被覆した黒鉛を用い、バインダーとしてPVdFを用い、これらの合剤を有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。図7に示すように、スラリーを、負極集電体8である厚さ15μmの銅箔に間欠的に塗布して乾燥し、正極1と同様に負極活物質7の塗布部と、塗布しない未塗布部とを備える負極ロールを作製した。負極活物質7の具体的な塗布方法は、前記した正極活物質2の塗布方法と同様であり、図9に示すダイコータを用いる間欠塗布であっても、図10a,10bに示すダイコータを用いる連続塗布であってもよい。
得られた正極20と負極21とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して積層し、これに負極端子16と正極端子11を取り付け、可撓性フィルム30からなる外装容器に収容することで、厚さ8mmの積層型電池を得た。
活物質であるLiMn2O4と、導電剤であるカーボンブラックと、バインダーであるPVdFとを含む合剤を用いて、正極集電体3の片側ごとに厚さ35μmの正極活物質2を形成した。また、負極集電体8の片側ごとに、難黒鉛化炭素からなる厚さ35μmの負極活物質7を形成した。活物質2,7や絶縁部材40の形成位置など、その他の条件は実施例1と同様にし、厚さ3mmの積層型電池を得た。
正極集電体3の正極活物質2上の絶縁部材40の端部40aを、正極集電体3を介して反対側の面に位置する正極活物質2の端部4aから内側または外側に0.3mmずらして配置し、それ以外は実施例1と同様にして積層型電池を得た。得られた積層型電池の厚さは8.1mmであった。
正極集電体3の他方の面の正極活物質2の塗布部と未塗布部の境界部分4aが、一方の面の境界部分4aから1mm内側にずれるように配置し、それ以外は実施例3と同様にして積層型電池を得た。得られた積層型電池の厚さは8.1mmであった。
本実施例では、図11に示すように、負極6の傾斜部7aの位置が、図2に示す例とは異なっている。すなわち、負極6における、正極タブ(正極1の両面未塗布部)に対向する位置の負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dが、正極1の他方の面における正極活物質2の傾斜部2a上の絶縁テープ40の端部40aよりも平坦部2b側であって、かつ正極1の一方の面における正極活物質2の傾斜部2a上の絶縁テープ40の端部40aよりも傾斜部2a側に位置している。それ以外は、実施例1と同様にして積層型電池を得た。
本実施例では、図12に示すように、負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dが、負極集電体8の表裏で異なる位置になるように配置し、表裏のそれぞれの変移位置7dが、平面的に見て、その面に直接対向する正極活物質2の平坦部2bと傾斜部2aとの変移位置4bとそれぞれ一致するように配置した。すなわち、負極集電体8の表面における負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dが、正極集電体3の裏面における正極活物質2の平坦部2bと傾斜部2aとの変移位置4bと、平面的に見て一致する位置にあり、負極集電体8の裏面における負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dが、正極集電体3の表面における正極活物質2の平坦部2bと傾斜部2aとの変移位置4bと、平面的に見て一致する位置にある。それ以外は、実施例1と同様にして積層型電池を得た。
本実施例は、図13に示すように、負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dが、負極集電体8の表裏で同じ位置になるように配置し、その変移位置7dが、平面的に見て正極集電体8の表裏両面の正極活物質2の平坦部2bと傾斜部2aとの変移位置4bと一致するように配置した。すなわち、負極集電体8の表裏両面における負極活物質7の平坦部7bと傾斜部7aとの変移位置7dと、正極集電体3の表裏両面における正極活物質2の平坦部2bと傾斜部2aとの変移位置4bが、平面的に見て全て一致する位置にある。従って、正極集電体3の表裏で正極活物質3の塗布部と未塗布部との境界部分4aがずれていない。それ以外は、実施例1と同様にして積層型電池を得た。
正極活物質2と負極活物質7をそれぞれ厚さが均一な層として形成し、平坦部のみで薄肉部のない構成とした。さらに、正極活物質2の塗布部の端部4aおよび絶縁テープ40の端部40aを、正極集電体3の表裏でずらさずに配置した。それ以外は実施例1と同様にして積層型電池を得た。この積層型電池の厚さは8.5mmであった。
正極活物質2と負極活物質7をそれぞれ厚さが均一な層として形成し、平坦部のみで薄肉部のない構成とした。さらに、正極活物質2の塗布部の端部4aおよび絶縁テープ40の端部40aを、正極集電体3の表裏でずらさずに配置した。それ以外は実施例2と同様にして積層型電池を得た。この積層型電池の厚さは3.4mmであった。
このようにして得た積層型電池の放電容量やサイクル特性を、各例ごとに10個ずつ評価したところ、実施例1〜7の積層型電池は非常に安定した放電容量とサイクル特性を得られることが確認され、比較例1〜2の電池は実施例1〜7の電池に比べて放電容量やサイクル特性が不安定であった。これは、積層型電池において、絶縁部材40が位置する部分の厚さがそれ以外の部分に比べて大きくなることを抑制したことで、積層型電池を均等に加圧しながら保持することが可能になり、電池特性が安定したと考えられる。
2 正極活物質
2a,7a 傾斜部
2c 段部
3 正極集電体
4a 境界部分
6 負極
7 負極活物質
8 負極集電体
20 セパレータ
40 絶縁部材
40a 一方の端部
40b 他方の端部
100 二次電池
Claims (9)
- 正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された電池素子を含み、
前記正極と前記負極はそれぞれ、集電体と該集電体に塗布されている活物質とを含み、
前記集電体の各面には、前記活物質が塗布されている塗布部と、前記活物質が塗布されていない未塗布部とが設けられており、
前記活物質は、前記塗布部の外縁部の少なくとも一部に、厚さが小さい薄肉部を有するとともに、前記薄肉部を含む前記外縁部において互いに対向する前記負極の充電容量Aと前記正極の充電容量Cの比A/Cが、前記外縁部よりも中央側において互いに対向する前記負極と前記正極の充電容量比A/Cよりも大きい
二次電池。 - 前記正極の前記塗布部と前記未塗布部との境界部分を覆うように絶縁部材が配置されており、
前記正極の前記集電体の両面にそれぞれ設けられている前記絶縁部材のうちのいずれか一方または両方の絶縁部材は、一方の端部が前記正極の前記活物質の前記薄肉部の上に位置するとともに、前記負極の前記集電体の両面にそれぞれ形成されている前記活物質のうちのいずれか一方または両方の活物質の前記薄肉部と対向しており、他方の端部は前記正極の前記未塗布部の上に位置している
請求項1に記載の二次電池。 - 前記負極の平坦部と前記薄肉部との変移位置が、前記セパレータを介して対向する前記正極の平坦部と前記薄肉部との変移位置、または前記薄肉部と対向する、請求項1または2に記載の二次電池。
- 前記絶縁部材の一方の端部が前記正極の前記活物質の前記薄肉部の上に位置し、前記絶縁部材の厚さと、前記絶縁部材の前記一方の端部が位置する部分における前記正極の前記活物質の厚さと、前記絶縁部材の前記一方の端部と対向する部分における前記負極の前記活物質の厚さとの合計が、前記正極の前記活物質の前記薄肉部以外の平坦部の厚さと前記負極の前記活物質の前記薄肉部以外の平坦部の厚さとの合計以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記正極の前記集電体上に形成された前記活物質の層厚が25μm以上100μm以下であり、該集電体の一方の面における前記塗布部と前記未塗布部との境界部分と、該集電体の他方の面における前記塗布部と前記未塗布部との境界部分とは、平面的に1.5mm以上離れて位置している、請求項1から4のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記負極の前記活物質の前記薄肉部の、前記未塗布部側の端部の厚さは、前記負極の前記活物質の、前記薄肉部を除く平坦部の厚さの75%〜95%である、請求項1から5のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記負極の前記活物質の各部分は、前記正極の前記活物質の、前記セパレータを介して対向する各部分の厚さよりも厚い、請求項1から6のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記正極の前記活物質の前記未塗布部側の端部における、単位面積あたりの充電容量をC、目付け量をβ、活物質比率をcとして、それに対向する部分の前記負極の前記活物質7の単位面積あたりの充電容量をA、目付け量をα、活物質比率をaとすると、aαA>cβCである、請求項1から7のいずれか1項に記載の二次電池。
- リチウムイオン二次電池である、請求項1から8のいずれか1項に記載の二次電池。
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