JPWO2019098023A1 - 円筒形二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
電極群に含まれる正極は、正極集電体と、正極集電体の両方の主面に形成された正極合剤層とを有する。
負極は、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方の主面の一部に形成された負極合剤層と、を含む。
セパレータは、イオン透過度が大きく、例えば、適度な機械的強度および絶縁性を有する。セパレータとしては、リチウムイオン二次電池で使用されるセパレータが特に制限なく使用でき、例えば、微多孔膜、織布、および/または不織布が挙げられる。セパレータは、単層でもよく、複合層または多層であってもよい。セパレータは、1種の材料を含んでもよく、2種以上の材料を含んでもよい。
絶縁テープは、例えば、樹脂で構成される。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。
電池ケース20は、開口を有する有底円筒形である。電池ケース20内には、捲回式電極群10および非水電解質が収容される。
円筒形二次電池100において、電池ケース20の開口は、封口部材40により封口されている。
正極集電リード60の材質としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケルなどの金属、またはその合金などが挙げられる。負極集電リード70の材質としては、例えば、銅、ニッケルなどの金属、またはその合金などが挙げられる。
ガスケット30は、電池ケース20の開口(具体的には、開口端部)と、封口部材40(具体的には、封口部材40の周縁部)との間に介在して、両者を絶縁するとともに、円筒形二次電池100内の密閉性を確保する機能を有する。
非水電解質は、例えば、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した溶質(支持塩)を含む。
絶縁リング50は、電極群10の上部と封口部材40との間に配置される。
実施例および比較例で作製した20個の電池について、充放電を100サイクル行った後の負極集電体の損傷および容量維持率を評価した。
100サイクル終了後に電池を分解して、捲回された電極群を取り出し、電極群の横断面写真を撮影した。この写真から、電池20個中、負極集電体の損傷が認められる電池の数をカウントした。
上記サイクルを3回繰り返した後の放電容量(初期の放電容量C0)に対する、100サイクル後の放電容量C100の割合(=100×C100/C0(%))の平均値を求めた。
以下の手順に従って、図6に示す円筒形二次電池100を20個作製した。
正極活物質としてコバルト酸リチウム100質量部、導電剤としてアセチレンブラック2質量部、および結着剤としてPVdF2質量部に、分散媒としてNMPを加えて混合することにより、正極スラリーを調製した。正極スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み15μm)の両面に塗布し、乾燥後、厚み方向に圧縮することにより、正極11(厚み0.08mm)を作製した。正極11には、作製時に、正極合剤層112を有しない領域(第2露出部111a)を設け、リボン状の正極リード(幅1.0mm、厚み0.05mm)の一端部を第2露出部111aに接続した。
負極活物質として人造黒鉛粉末100質量部、結着剤としてスチレン−メタクリル酸−ブタジエン共重合体(SBR)1質量部、増粘剤としてCMC1質量部を混合し、得られた混合物を、脱イオン水に分散させることにより、負極スラリーを調製した。負極集電体121としての銅箔(厚み6μm)の両面に、負極スラリーを塗布し、乾燥後、厚み方向に圧縮することにより、負極12(厚み0.11mm)を作製した。負極12には、作製時に、負極合剤層122を有しない領域(第1露出部121aおよび第3露出部121b)を設けた。第1露出部121aに、リボン状の負極集電リード70(幅1.5mm、厚み0.1mm)の一端部を接続した。
ポリエチレン製微多孔膜(厚み15μm)を準備した。
正極11と負極12とセパレータ13とを捲回することにより、捲回式電極群10を形成した。巻き終わりに、負極集電リード70の重複部70aを覆うように絶縁テープ14を貼り付けることで、電極群10を固定した。正極11の積層数は、4〜6周回とした。負極集電リード70の重複部70aは、図7Aに示すように、第2柱状領域R2上であった。
ECとDECとを1:1の質量比で含む混合溶媒に、LiPF6を溶解させることにより、非水電解質を調製した。このとき、非水電解質中のLiPF6の濃度は1.0モル/Lとした。
(4)で得られた電極群10を、ニッケルめっき鉄板で形成された開口を有する有底円筒形の電池ケース20(外径4.6mm)に挿入し、負極集電リード70の他端部を、電池ケース20の内側壁に溶接点70cで溶接により接続した。溶接点70cは、電極群10の上端面よりも電池ケース20の開口側に位置していた。電極群10の上部に絶縁リング50を配置し、電極群10から引き出した正極集電リード60の他端部を、絶縁リング50の孔を通して、封口部材40の底面に接続した。このとき、封口部材40の周縁部には、リング状で絶縁性のガスケット30を装着しておいた。電池ケース20内に、(5)で調製した非水電解質68μL(放電容量1mAhあたり2.1μL)を注液した。ニッケルめっきを施した鉄製の封口部材40を電池ケース20の開口に配し、電池ケース20の開口端部を、封口部材40の周縁部に対して、ガスケット30が介在した状態でかしめることにより封口した。
負極集電リード70の重複部70aを、それぞれ図7B〜図7Eに示すように配置したことしたこと以外は、実施例1と同様にして円筒形二次電池100を20個ずつ作製し、評価した。結果を表1に示す。
負極集電リード70の重複部70aを、それぞれ図8A〜図8Cに示すように配置したことしたこと以外は、実施例1と同様にして円筒形二次電池を20個ずつ作製し、評価した。結果を表1に示す。
11 正極
R1 第1柱状領域
R1A 第1Aアーク柱領域
R1B 第1Bアーク柱領域
R2 第2柱状領域
111 正極集電体
111a 第2露出部
111b、111c 端面
112 正極合剤層
12 負極
12X 第3主面
12Y 第4主面
121 負極集電体
121a 第1露出部
121b 第3露出部
121c、121d、121e、121f 端面
122 負極合剤層
13 セパレータ
14 絶縁テープ
100 円筒形二次電池
20 電池ケース
30 ガスケット
40 封口部材
40a ブリム
40b、40c 端子部
50 絶縁リング
60 正極集電リード
70 負極集電リード
70a 重複部
70b 引き出し部
70c 溶接点
Claims (13)
- 開口を有する有底円筒形の電池ケースと、
前記電池ケースに収容され、正極、負極、および、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備える電極群と、
前記電池ケースに収容される非水電解質と、
前記電池ケースの前記開口を塞ぐ封口部材と、
前記負極と前記電池ケースとを接続する負極集電リードと、を具備し、
前記正極は、正極集電体と、前記正極集電体の両方の主面にそれぞれ形成された正極合剤層と、を備え、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の両方の主面にそれぞれ形成された負極合剤層と、を備え、
前記電極群は、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るとともに、前記電極群の直径方向における前記正極合剤層の積層数が最も大きい第1柱状領域と、前記第1柱状領域以外の第2柱状領域と、を備え、
前記第1柱状領域は、前記正極合剤層の外周側の端面を含む第1Aアーク柱領域と、前記端面を含まない第1Bアーク柱領域を備え、
前記第1Aアーク柱領域と前記第1Bアーク柱領域とは、それぞれの中心角を突き合わせて対向しており、
前記負極集電体は、前記負極合剤層が担持されず、かつ、前記負極の最外周に配置される第1露出部を備え、
前記負極集電リードは、前記第1露出部と重複する重複部と、前記第1露出部から突出する引き出し部と、を備え、
前記負極集電リードの前記重複部は、前記電極群の前記第1Aアーク柱領域と前記第2柱状領域との境界線上に位置しない、円筒形二次電池。 - 前記重複部が、前記第1Aアーク柱領域以外の領域に配置される、請求項1に記載の円筒形二次電池。
- 前記重複部が、前記電極群の前記第1Bアーク柱領域と前記第2柱状領域との境界線上に位置しない、請求項1または2に記載の円筒形二次電池。
- 前記重複部が、前記第1Bアーク柱領域以外の領域に配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- 前記第1露出部が、前記負極の前記最外周に位置する捲回方向の端部において、前記負極集電体の捲回軸方向の一方の端部から他方の端部にわたって形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- 前記重複部の捲回方向の長さが、前記電極群の前記最外周の前記捲回方向の長さの10%以上、30%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- 前記電極群の最外周が、前記第1露出部で覆われている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- 前記円筒形二次電池の外径が、6.5mm以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- 前記電極群の直径方向における前記正極合剤層の積層数が、6以上、20以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- さらに、前記正極と前記封口部材とを接続する正極集電リード、を具備し、
前記正極集電体は、前記正極合剤層が担持されていない第2露出部を備え、
前記正極集電リードは、前記第2露出部に接合されており、
前記第2露出部は、前記正極集電体の捲回方向に沿うとともに、前記電池ケースの前記開口側に位置する端部に沿って形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。 - 前記負極集電リードの厚みが、前記円筒形二次電池の外径の0.3〜3%である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
- さらに、前記電極群の最外周に配置された絶縁テープを具備し、
前記絶縁テープは、前記負極集電リードの前記重複部を覆うとともに、前記電極群の巻き終わりを固定しており、
前記絶縁テープの捲回方向の長さが、前記電極群の前記最外周の捲回方向の長さの50%以上である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。 - 前記電池ケースを構成する材料がステンレス鋼を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の円筒形二次電池。
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