JPWO2019044168A1 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
非水電解質二次電池は、捲回式電極群と非水電解質とを備える。正極は、第1主面および第1主面とは反対側の第2主面を備える正極集電体と、第1主面および第2主面に担持された正極活物質層と、を備え、第1主面は、負極に対向し、かつ、正極活物質層が担持されていない第1露出部を含む。正極リードは、第1露出部に接続されており、第1露出部から突出する引き出し部と、第1露出部と重なる重複部と、を有する。第1露出部の少なくとも一部が、前記重複部の少なくとも一部とともに、正極絶縁テープで覆われている。正極絶縁テープは、基材と、第1露出部および重複部に接着する第1層と、基材と第1層との間に介在する第2層と、を含み、第2層は、閾値を越えて加熱されることにより膨張する。
Description
本発明は、正極に接続された正極リードを保護する正極絶縁テープを備える非水電解質二次電池に関する。
非水電解質二次電池において、正極は、正極集電体と、正極集電体に担持された正極活物質層とを備えている。正極集電体には、正極活物質層を有さない第1露出部が形成され、第1露出部には正極リードの長さ方向の一端部が接続される。正極リードの他端部は、電池の正極端子に接続される。正極と正極端子とは、正極リードにより電気的に接続される。電極群の構成要素には大きな圧力が加わるため、内部短絡を抑制する観点から、正極リードの一端部は、正極絶縁テープで覆われている(特許文献1)。
非水電解質二次電池が外部短絡し発熱するとき、正極リードに熱が集中する場合がある。加熱された正極リードが負極に接触すると、電池の故障が生じ得る。
本発明の一局面は、捲回式電極群と非水電解質とを備え、前記捲回式電極群は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、前記正極に電気的に接続された正極リードと、前記正極の一部を覆う正極絶縁テープと、を備えるとともに、前記正極と前記負極とが、前記セパレータを介して捲回されることにより形成されており、前記正極は、第1主面および前記第1主面とは反対側の第2主面を備える正極集電体と、前記第1主面および前記第2主面に担持された正極活物質層と、を備え、前記第1主面は、前記負極に対向し、かつ、前記正極活物質層が担持されていない第1露出部を含み、前記正極リードは、前記第1露出部に接続されており、前記第1露出部から突出する引き出し部と、前記第1露出部と重なる重複部と、を有し、前記第1露出部の少なくとも一部が、前記重複部の少なくとも一部とともに、前記正極絶縁テープで覆われており、前記正極絶縁テープは、基材と、前記第1露出部および前記重複部に接着する第1層と、前記基材と前記第1層との間に介在する第2層と、を含み、前記第2層は、閾値を越えて加熱されることにより膨張する、非水電解質二次電池に関する。
本発明に係る非水電解質二次電池によれば、外部短絡を生じた場合にも、正極リードの熱は負極に伝達され難くなるため、故障が抑制される。
[非水電解質二次電池]
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池(以下、単に電池と称する場合がある。)は、捲回式電極群と非水電解質とを備える。捲回式電極群は、正極と、負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、正極に電気的に接続された正極リードと、正極の一部を覆う正極絶縁テープと、を備え、正極と負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、第1主面および第1主面とは反対側の第2主面を備える正極集電体と、少なくとも第1主面に担持された正極活物質層と、を備える。また、第1主面は、負極に対向し、かつ、正極活物質層が担持されていない第1露出部を有する。
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池(以下、単に電池と称する場合がある。)は、捲回式電極群と非水電解質とを備える。捲回式電極群は、正極と、負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、正極に電気的に接続された正極リードと、正極の一部を覆う正極絶縁テープと、を備え、正極と負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、第1主面および第1主面とは反対側の第2主面を備える正極集電体と、少なくとも第1主面に担持された正極活物質層と、を備える。また、第1主面は、負極に対向し、かつ、正極活物質層が担持されていない第1露出部を有する。
正極リードは、第1露出部に接続されており、第1露出部から突出する引き出し部と、第1露出部と重なる重複部と、を有する。第1露出部の少なくとも一部は、重複部の少なくとも一部とともに、正極絶縁テープで覆われている。正極絶縁テープは、基材と、第1露出部および重複部と接着する第1層と、基材と第1層との間に介在する第2層と、を含む。第2層は、閾値を越えて加熱されることにより膨張する。
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池では、電気を取り出すために、電極群の正極に正極リードが接続され、負極に負極リードが接続され、電池の正極端子および負極端子にそれぞれ接続されている。正極リードは、正極活物質層が担持されておらず、正極集電体が露出した第1露出部に接続される。正極リードの第1露出部に接続された部分(重複部)は正極絶縁テープで覆われている。これにより、内部短絡が抑制される。
一方、意図せずに電池の外部短絡が発生する場合がある。このとき、電池が異常発熱し、正極リードに熱が集中する場合がある。加熱された正極リードが負極に接触すると、電池の故障が生じ得る。
本実施形態では、基材と、第1露出部および重複部と接着する第1層と、基材と第1層との間に介在する第2層と、を含む正極絶縁テープを用いて、正極リードの重複部の少なくとも一部とを覆う。第2層は、閾値を越えて加熱されることにより膨張する。つまり、外部短絡等により正極リードが閾値を越えて加熱されると、第2層が膨張し、正極絶縁テープの厚みが大きくなる。これにより、正極リードと、正極リードが配置された第1主面に対向する負極との距離が広がり、正極リードの熱が負極に伝達され難くなる。よって、電池の故障が抑制される。
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池について、リチウムイオン二次電池を例に挙げ、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる帯状の正極の要部の平面図である。図2は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池に用いられる捲回式電極群の断面図である。図3は、図1の正極を負極と重ねた状態のII−II線による矢示断面図である。
非水電解質二次電池の形状は特に制限されず、円筒形電池であってもよく、角形電池や偏平型電池であってもよい。また、電池ケースは、ラミネートフィルムで形成されてもよい。
(正極)
正極は、正極集電体と、正極集電体に担持された正極活物質層と、を有する。正極集電体は、第1主面と、第1主面とは反対側の第2主面とを備える。正極活物質層は、第1主面および第2主面に担持されている。ただし、第1主面には、負極に対向し、かつ、正極活物質層を有さない第1露出部が設けられる。また、第2主面には、第1露出部に対応するように配置され、かつ、正極活物質層が担持されていない第2露出部が設けられてもよい。これにより、正極リードと正極集電体との溶接が容易となる。第2露出部の少なくとも一部は、正極絶縁テープで覆われてもよい。
正極は、正極集電体と、正極集電体に担持された正極活物質層と、を有する。正極集電体は、第1主面と、第1主面とは反対側の第2主面とを備える。正極活物質層は、第1主面および第2主面に担持されている。ただし、第1主面には、負極に対向し、かつ、正極活物質層を有さない第1露出部が設けられる。また、第2主面には、第1露出部に対応するように配置され、かつ、正極活物質層が担持されていない第2露出部が設けられてもよい。これにより、正極リードと正極集電体との溶接が容易となる。第2露出部の少なくとも一部は、正極絶縁テープで覆われてもよい。
第1露出部の形状は、特に限定されない。正極が帯状である場合、第1露出部は、電極群の捲回方向に対して80〜100度の角度で交わる幅の狭いスリット状であってもよい。スリット状の第1露出部の幅(捲回方向の長さ)は、例えば、3mm〜20mmである。第2露出部も同様である。
正極集電体としては、シート状の導電性材料(例えば、金属箔)が挙げられる。金属箔を形成する金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金などが挙げられる。正極集電体の厚みは、例えば、1μm〜100μmであってもよく、10μm〜50μmであってもよい。
正極活物質層は、正極活物質、導電剤、結着剤などを含む。正極活物質は、リチウムイオンをドープおよび脱ドープ可能な材料であり、例えばリチウム含有複合酸化物である。リチウム含有複合酸化物は、酸化還元により価数が変化する遷移金属を含む。遷移金属としては、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、チタンなどが挙げられる。より具体的には、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNix1Mny1Co1-(x1+y1)O2、LiNix2Coy2M1-(x2+y2)O2、αLiFeO2、LiVO2などが例示できる。ここで、x1およびy1は、0.25≦x1≦0.6、0.25≦y1≦0.5であり、x2およびy2は、0.75≦x2≦0.99、0.01≦y2≦0.25であり、Mは、Na、Mg、Sc、Y、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Ag、Zn、Al、Ga、In、Sn、PbおよびSbの群から選ばれる少なくとも1つの元素である。
正極活物質層に含ませる導電剤には、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維などが用いられる。導電剤の量は、正極活物質100質量部あたり、例えば0〜20質量部である。正極活物質層に含ませる結着剤には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)などのゴム(ゴム粒子)などが用いられる。結着剤の量は、正極活物質100質量部あたり、例えば0.5〜15質量部である。
正極活物質層は、正極活物質、結着剤、導電剤などを含む正極合剤を、分散媒とともに混練して、正極ペーストを調製し、正極ペーストを正極集電体の表面の所定領域に塗布し、乾燥し、圧延することにより形成される。分散媒としては、有機溶媒、水などが用いられる。有機溶媒としては特に限定されない。例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が挙げられる。正極ペーストの塗布は、様々なコーターを用いて行うことができる。塗布後の乾燥は、自然乾燥でもよく、加熱下で行ってもよい。正極活物質層の厚みは、例えば50μm〜200μmであってもよく、60μm〜150μmであってもよい。
第1露出部は、例えば、正極集電体の捲回方向に交わる方向(以下、幅方向と称す。)の一端部から他端部までが露出するスリット状である。このような第1露出部は、例えば、正極ペーストを正極集電体に間欠的に塗工することにより形成される。第1露出部は、正極から正極活物質層の一部を剥離して形成してもよい。
第1露出部には、例えばストリップ状(短冊状)の正極リードが電気的に接続されている。正極リードの第1露出部と重なる部分(重複部)の少なくとも一部は、第1露出部に、例えば溶接により接合される。その後、正極集電体の第1露出部の少なくとも一部(好ましくは第1露出部の面積の50%以上)と、正極リードの重複部の少なくとも一部(好ましくは重複部の面積の90%以上)とが、共に正極絶縁テープで覆われる。
正極リードの材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼などが用いられる。正極リードの抵抗値が、後述する負極リードの抵抗値より大きい場合、電池の熱は、特に正極リードに集中し易い。
正極リードの厚みは、例えば、10μm〜200μmであってもよく、100μm〜150μmであってもよい。正極リードの厚みは、正極活物質層の厚みより小さくてもよいし、正極活物質層の厚み以上であってもよい。ストリップ状の正極リードのサイズは、特に限定されないが、例えば、幅(捲回方向の長さ)2mm〜8mm、長さ20mm〜80mmである。
図1に示されるように、帯状の正極10は、正極集電体10a(図3参照)の一部を除く両面に正極活物質層10bを有する。正極集電体10aの片面には、正極集電体10aの幅方向の一端部から他端部までが露出するスリット状の第1露出部10aaが設けられている。
正極10の捲回方向Aにおける第1露出部10aaの幅Waaは、電池のサイズに依存し、特に限定されない。第1露出部10aaの幅Waaは、通常、正極リード13の幅より大きく、例えば3mm〜20mmであってもよく、5mm〜16mmであってもよい。第1露出部10aaには、ストリップ状の正極リード13の重複部13aの一部が溶接されている。重複部の長さD(重複部13aと引き出し部13bとの境界と、境界から最も離れた重複部13aの位置までの距離)は、電池のサイズに依存する。長さDは、例えば10mm〜60mmであり、正極集電体10aの幅L(幅方向の長さ)の5%〜100%であってもよく、20%〜95%であってもよい。
第1露出部10aaは、正極集電体10aの捲回方向Aにおける端部に形成されてもよく、端部以外の領域(例えば、両方の端部から捲回方向Aの長さの20%以上の距離を離れた位置)に形成されてもよい。これにより、抵抗が小さくなる。この場合、正極リード13は、負極同士の間に介在するように配置され、正極リード13の引き出し部13bは、捲回式電極群の内部領域から突出する。言い換えれば、第1露出部10aaは、内部領域40Rから正極リード13の引き出し部13bが突出するように、配置されてもよい。
図2に示すように、捲回式電極群40の内部領域40Rは、捲回式電極群40の軸方向と垂直な断面を見たとき、最内周Cinと最外周Coutとの中央に位置する中心円Ccから、最外周Cout側に最内周Cinと最外周Coutとの距離の30%までの領域と、上記中心円Ccから最内周Cin側に最内周Cinと最外周Coutとの距離の30%までの領域とを合わせた領域である。図2では、便宜的に、内部領域40Rにハッチングを付して示している。
正極絶縁テープ14は、正極リード13の重複部13aの全面と、重複部13aの周辺の第1露出部10aaとを覆っている。内部短絡を抑制する観点から、引き出し部13bの重複部13a側の端部も正極絶縁テープ14で覆われてもよく、第1露出部10aaの全面が覆われてもよい。このとき、正極絶縁テープ14は、正極活物質層10bの一部を覆っていてもよい。引き出し部13bの上記端部は、第2主面側からも正極絶縁テープ14で覆われる。
(正極絶縁テープ)
図3に示されるように、正極絶縁テープ14は、基材14aと、第1層14bと、これらの間に介在する第2層14cとを含む。第1層14bは、正極リード13およびその周辺の第1露出部10aaに接着されている。中間層である第2層14cは、閾値を越えて加熱されることにより膨張する。この構成によれば、第2層14cが膨張した場合にも、第1層14bと正極リード13等との接着は維持される。よって、内部短絡の防止効果も維持される。
図3に示されるように、正極絶縁テープ14は、基材14aと、第1層14bと、これらの間に介在する第2層14cとを含む。第1層14bは、正極リード13およびその周辺の第1露出部10aaに接着されている。中間層である第2層14cは、閾値を越えて加熱されることにより膨張する。この構成によれば、第2層14cが膨張した場合にも、第1層14bと正極リード13等との接着は維持される。よって、内部短絡の防止効果も維持される。
基材14aは、入手が容易で低コストである観点から、樹脂で構成されてもよい。樹脂の種類は、適度な弾性、柔軟性および絶縁性を有する限り、特に制限されない。樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド(芳香族ポリアミドなど)、ポリアミドイミド、ポリオレフィン(ポリプロピレン(PP)など)、ポリエステル(ポリエチレンナフタレートなど)、ポリフェニルスルホン(PPS)、ポリフェニレンスルフィドなどが挙げられる。これらの樹脂は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
基材14aの厚みは、取り扱い性および柔軟性の観点から、5μm〜100μmであってもよく、10μm〜50μmであってもよい。
第1層14bは、粘着剤を含む。これにより、正極絶縁テープ14は、正極集電体10aおよび正極リード13に接着することができる。
粘着剤としては、様々な樹脂材料を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、天然ゴム、合成ゴム(ブチルゴムなど)、シリコーン、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。粘着剤は、必要に応じて、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤、着色剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、可塑剤、軟化剤、界面活性剤、帯電防止剤などの添加剤や、微量の溶剤を含んでもよい。
高い粘着性を確保し易く、テープ設計が容易である観点から、第1層の厚みは、2μm〜30μmであってもよく、5μm〜15μmであってもよい。
第2層14cは、閾値を越えて加熱されることにより膨張する層である。閾値とは、電池の正常な使用時に到達し得る温度である。第2層14cは、外部短絡などにより電池に異常発熱が生じ、第2層14cの温度が閾値を越えた場合に膨張し始める。閾値は、電池の性能に応じて適宜設定されるが、例えば110℃程度である。
第2層14cは、例えば、樹脂と発泡性フィラーとを含む。発泡性フィラーは、例えば、分子内に結晶水を有する化合物(以下、第1フィラーと称する場合がある。)であってもよいし、加熱によって分解するとともにガスを生じる化合物(以下、第2フィラーと称する場合がある。)であってもよい。発泡性フィラーが閾値を越えて加熱されることにより、無水物になった第1フィラーおよび/または第2層14cに含まれる樹脂に気泡が生じる。これにより、第2層14cの体積(厚み)が増大して、正極リード13と負極20との物理的な距離が広がるとともに、気泡によって第2層14cの断熱性が向上する。よって、正極リード13の熱が負極20に伝達されることがさらに抑制される。
第1フィラーとしては、例えば、ケイ酸アルカリ金属塩が挙げられる。ケイ酸アルカリ金属塩は、分子内に多くの結晶水を有している。そのため、無水物になった第1フィラーおよびケイ酸アルカリ金属塩は、高温に曝されると、結晶水を放出し始める。このとき、無水物になった第1フィラーおよび第2層14cに含まれる樹脂に気泡が形成される。また、結晶水を放出する際の潜熱により、電極群が冷却されることも期待される。
アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムが例示できる。このようなケイ酸アルカリ金属塩は、発火点および引火点を有さない不燃材料であり、電池の内部に配置するのに適している。ケイ酸アルカリ金属塩は、単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。結晶水を放出し始める温度が比較的低い点で、ケイ酸ナトリウム塩であってもよい。
樹脂および第1フィラーの質量割合は特に限定されず、第2層14cの厚みの増大の程度等を考慮して適宜設定すればよい。例えば、樹脂およびフィラーの合計量100質量部に対して、樹脂は1〜50質量部配合される。なお、第2層14cの膨張後の厚みは、例えば、膨張前の1.5〜10倍である。
第2フィラーとしては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、ジニトロペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ヒドラゾジカルボンアミドおよび5,5’−ビス−H−テトラゾール等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。
樹脂および第2フィラーの質量割合も特に限定されない。例えば、樹脂およびフィラーの合計量100質量部に対して、樹脂は1〜50質量部配合される。第1フィラーと第2フィラーとを併用してもよい。
(負極)
負極20は、負極集電体と、負極集電体に担持された負極活物質層と、を有する。通常、負極集電体にも、負極活物質層を有さない露出部が設けられる。露出部には、例えばストリップ状の負極リードが接続される。
負極20は、負極集電体と、負極集電体に担持された負極活物質層と、を有する。通常、負極集電体にも、負極活物質層を有さない露出部が設けられる。露出部には、例えばストリップ状の負極リードが接続される。
負極集電体としては、シート状の導電性材料(例えば、金属箔)が挙げられる。金属箔を形成する金属としては、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼などが挙げられる。負極集電体の厚みは、1〜100μmであってもよく、2〜50μmであってもよい。
負極リードの材料としては、例えば銅および/またはニッケル、あるいはその合金などが挙げられる。正極リードがアルミニウムを含み、負極リードが銅を含む場合、電池の熱は、抵抗値のより大きな正極リードに特に集中し易い。しかし、本実施形態の正極絶縁テープ14は、熱で膨張する第2層を備えるため、正極リード13の熱が負極に伝達されることが抑制される。言い換えれば、本実施形態は、正極リード13が負極リードよりも大きい抵抗値を有する場合に、特に効果を発揮する。
負極活物質層は、負極活物質、結着剤などを含む。負極活物質は、リチウムイオンをドープおよび脱ドープ可能な材料であり、炭素材料(天然黒鉛、人造黒鉛などの各種黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボンなど)、正極よりも低電位でリチウムイオンのドープおよび脱ドープを行う遷移金属化合物、合金系材料などを用いることができる。合金系材料としては、ケイ素、ケイ素酸化物などのケイ素化合物、ケイ素合金、スズ、スズ酸化物、スズ合金などが挙げられる。これらの負極活物質は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。
負極活物質層に含ませる結着剤には、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ゴム(ゴム粒子)、セルロース樹脂(例えばカルボキシメチルセルロース(CMC))などが用いられる。結着剤の量は、負極活物質100質量部に対して、例えば0.5〜15質量部である。
負極活物質層は、負極活物質、結着剤などを含む負極合剤を、分散媒とともに混練して、負極ペーストを調製し、負極ペーストを負極集電体の表面の所定領域に塗布し、乾燥し、圧延することにより形成される。分散媒としては、正極ペーストと同様、有機溶媒、水などが用いられる。負極ペーストの塗布は、正極と同様に行うことができる。負極活物質層の厚みは、例えば70μm〜250μmであってもよく、100μm〜200μmであってもよい。
(非水電解質)
非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトンなどのラクトン;ギ酸メチル、酢酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステル;1,2−ジクロロエタンなどのハロゲン化アルカン;1,2−ジメトキシエタンなどのアルコキシアルカン;4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン;ペンタフルオロプロピルメチルエーテルなどの鎖状エーテル;1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリルなどのニトリル;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート;スルホキシド(スルホラン、ジメチルスルホキシドなど)、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;もしくはこれらの溶媒の水素原子をフッ素原子などのハロゲン原子で置換したハロゲン置換体などが例示できる。非水溶媒は、単独または二種以上を組み合わせて使用できる。
非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトンなどのラクトン;ギ酸メチル、酢酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステル;1,2−ジクロロエタンなどのハロゲン化アルカン;1,2−ジメトキシエタンなどのアルコキシアルカン;4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン;ペンタフルオロプロピルメチルエーテルなどの鎖状エーテル;1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリルなどのニトリル;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート;スルホキシド(スルホラン、ジメチルスルホキシドなど)、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;もしくはこれらの溶媒の水素原子をフッ素原子などのハロゲン原子で置換したハロゲン置換体などが例示できる。非水溶媒は、単独または二種以上を組み合わせて使用できる。
リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiClO4、LiAlCl4、Li2B10Cl10などが使用できる。リチウム塩は、単独または二種以上を組み合わせて使用できる。非水電解質中のリチウム塩の濃度は、例えば、0.5mol/L〜1.7mol/Lであってもよく、0.7mol/L〜1.5mol/Lであってもよい。
(セパレータ)
セパレータとしては、樹脂製の微多孔フィルム、耐熱層が表面に塗布された樹脂製の微多孔フィルム、不織布などが使用できる。微多孔フィルムの樹脂としては、ポリオレフィン系材料が挙げられる。ポリオレフィン系材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが例示できる。耐熱層は、例えば、耐熱性樹脂を含み、耐熱性樹脂と無機粒子とを含んでもよい。耐熱層は、多孔質であってもよい。耐熱性樹脂としては、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が例示される。無機粒子としては、アルミナ、チタニア等が挙げられる。
セパレータとしては、樹脂製の微多孔フィルム、耐熱層が表面に塗布された樹脂製の微多孔フィルム、不織布などが使用できる。微多孔フィルムの樹脂としては、ポリオレフィン系材料が挙げられる。ポリオレフィン系材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが例示できる。耐熱層は、例えば、耐熱性樹脂を含み、耐熱性樹脂と無機粒子とを含んでもよい。耐熱層は、多孔質であってもよい。耐熱性樹脂としては、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が例示される。無機粒子としては、アルミナ、チタニア等が挙げられる。
セパレータの厚みは、例えば5μm〜50μmである。
図4は、本発明の一実施形態に係る円筒型の非水電解質二次電池の一例の縦断面図である。
非水電解質二次電池100は、捲回式電極群40と、図示しない非水電解質とを含む。捲回式電極群40は、帯状の正極10、帯状の負極20およびセパレータ30を含む。正極10には正極リード13が接続され、負極20には負極リード23が接続されている。なお、正極リード13は、引き出し部13bのみ図示され、重複部および絶縁テープの図示は省略されている。
正極リード13は、長さ方向の一端部が正極10の第1露出部に接続されており、他端部が封口板90に接続されている。封口板90は、正極端子15を備えている。負極リード23は、一端が負極20に接続され、他端が負極端子になる電池ケース70の底部に接続されている。電池ケース70は、有底円筒型の電池缶であり、長手方向の一端が開口し、他端の底部が負極端子となる。電池ケース(電池缶)70は、金属製であり、例えば鉄で形成されている。鉄製の電池ケース70の内面には、通常、ニッケルめっきが施されている。捲回式電極群40の上下には、それぞれ樹脂製の上部絶縁リング80および下部絶縁リング60が配置されている。
本発明に係る非水電解質二次電池では、異常発熱による故障が抑制される。よって、ノートパソコン、携帯電話などの電子機器の駆動源、高出力が要求される電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動工具などの電源として好適に用いられる。
10:正極
10a:正極集電体
10aa:第1露出部
10b:正極活物質層
13:正極リード
13a:重複部
13b:引き出し部
14:正極絶縁テープ
14a:基材
14b:第1層
14c:第2層
15:正極端子
20:負極
23:負極リード
30:セパレータ
40:捲回式電極群
40R:内部領域
60:下部絶縁リング
70:電池ケース
80:上部絶縁リング
90:封口板
100:非水電解質二次電池
W:正極の幅
Waa:第1露出部の幅
D:重複部の長さ
L:正極集電体の長さ
A:捲回方向
10a:正極集電体
10aa:第1露出部
10b:正極活物質層
13:正極リード
13a:重複部
13b:引き出し部
14:正極絶縁テープ
14a:基材
14b:第1層
14c:第2層
15:正極端子
20:負極
23:負極リード
30:セパレータ
40:捲回式電極群
40R:内部領域
60:下部絶縁リング
70:電池ケース
80:上部絶縁リング
90:封口板
100:非水電解質二次電池
W:正極の幅
Waa:第1露出部の幅
D:重複部の長さ
L:正極集電体の長さ
A:捲回方向
Claims (8)
- 捲回式電極群と非水電解質とを備え、
前記捲回式電極群は、
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、
前記正極に電気的に接続された正極リードと、
前記正極の一部を覆う正極絶縁テープと、を備えるとともに、
前記正極と前記負極とが、前記セパレータを介して捲回されることにより形成されており、
前記正極は、
第1主面および前記第1主面とは反対側の第2主面を備える正極集電体と、
前記第1主面および前記第2主面に担持された正極活物質層と、を備え、
前記第1主面は、前記負極に対向し、かつ、前記正極活物質層が担持されていない第1露出部を含み、
前記正極リードは、前記第1露出部に接続されており、前記第1露出部から突出する引き出し部と、前記第1露出部と重なる重複部と、を有し、
前記第1露出部の少なくとも一部が、前記重複部の少なくとも一部とともに、前記正極絶縁テープで覆われており、
前記正極絶縁テープは、基材と、前記第1露出部および前記重複部に接着する第1層と、前記基材と前記第1層との間に介在する第2層と、を含み、
前記第2層は、閾値を越えて加熱されることにより膨張する、非水電解質二次電池。 - 前記第2層は、樹脂と発泡性フィラーとを含む、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記発泡性フィラーは、ケイ酸アルカリ金属塩を含む、請求項2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記発泡性フィラーは、ケイ酸ナトリウムを含む、請求項3に記載の非水電解質二次電池。
- 前記発泡性フィラーは、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、明礬、硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、ジニトロペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ヒドラゾジカルボンアミドおよび5,5’−ビス−H−テトラゾールよりなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記第2主面は、前記第1露出部に対応するように配置され、かつ、前記正極活物質層が担持されていない第2露出部を含み、
前記第2露出部の少なくとも一部は、前記正極絶縁テープで覆われている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記正極リードの前記引き出し部は、前記捲回式電極群の内部領域から突出する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
- さらに、前記負極に電気的に接続された負極リードを備え、
前記正極リードがアルミニウムを含み、
前記負極リードが銅を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
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