WO2010086910A1 - 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
=1-(成分1の体積+成分2の体積+成分3の体積)/(正極合剤層の体積)
ここで、正極合剤層の体積は、走査型電子顕微鏡で正極合剤層の厚みを測定した後に正極を所定の寸法に裁断して算出される。
LA=(ρ1+η1)θ1・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式1)
であり、内側の正極合剤層44Bの内周面46の捲回方向における長さ(LB)は、
LB=ρ1θ1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式2)
である。よって、図2(a)に示す正極44を捲回すると、正極集電体44Aは内側の正極合剤層44Bよりも捲回方向において
LA-LB=(ρ1+η1)θ1-ρ1θ1
=η1θ1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式3)
だけ延び、その割合((LA-LB)/LB)は
(LA-LB)/LB=η1θ1÷ρ1θ1
=η1/ρ1 ・・・・・・・・・・・・・・(式4)
となる。ρ1は電極群の半径方向における内側の方が外側よりも小さいので、上記割合((LA-LB)/LB)は電極群の半径方向における内側の方が外側よりも大きくなる。よって、電極群の半径方向における外側では、正極集電体44Aが捲回方向にそれほど伸びなくても、正極集電体44Aが切れることなく捲回型の電極群を作製することができる。一方、電極群の半径方向における内側では、正極集電体44Aが捲回方向に十分に伸びなければ、正極集電体44Aが切れることなく捲回型の電極群を作製することは難しい。以上より、正極集電体44Aの切れは電極群の半径方向における内側に集中した,と考えられる。
LA1-LB1=LB1×(η1’/ρ1)<LB1×(η1/ρ1)・・(式5)
だけ延びればよい。
LA2-LB2=LB2×(η1/ρ1)・・・・・・・・・・・・・(式6)
だけ延びなければならない。上記(式5)と上記(式6)とを比較すると、正極集電体144Aは正極集電体44Aよりも捲回方向に延びなければ捲回時に切れてしまう。
ε≧η/ρ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式7)
を満たしているので、正極合剤層4Bの空孔率が10%以下であっても正極4の切断を伴うことなく電極群8を作製することができる。
η/ρ=(0.12/2)/3.5×100=1.71(%)
η/ρ=(0.15/2)/3.5×100=2.14(%)
η/ρ=(0.18/2)/3.5×100=2.57(%)
となる。そこで、本願発明者らは、図14~図16に示す電池6~23を作製し、視認により正極集電体が切れているか否かを調べた。以下には、電池6~23の作製方法の代表例として電池9の作製方法を記載する。
(正極の作製方法)
まず、4.5vol%のアセチレンブラック(導電剤)と、N-メチルピロリドン(NMP,NMPはN-methylpyrrolidoneの略語)の溶剤に4.7vol%のポリフッ化ビニリデン(PVDF,PVDFはpoly(vinylidene fluoride)の略語)(結着剤)を溶解した溶液と、100vol%のLiNi0.82Co0.15Al0.03O2(平均粒子径は10μm)(正極活物質)とを混合して、正極合剤スラリーを得た。
まず、平均粒子径が約20μmになるように、鱗片状人造黒鉛を粉砕および分級した。
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートとの体積比が1:1:8である混合溶媒に3wt%のビニレンカーボネートを添加した。この溶液に1.4mol/m3の濃度でLiPF6を溶解し、非水電解液を得た。
まず、正極集電体のうち正極合剤層が形成されていない部分にアルミニウム製の正極リードを取り付け、負極集電体のうち負極合剤層が形成されていない部分にニッケル製の負極リードを取り付けた。その後、正極リードと負極リードとが互いに逆方向に延びるように正極と負極とを互いに対向させ、その正極と負極との間にポリエチレン製のセパレータ(多孔質絶縁層)を配置した。そして、1.2kgの荷重をかけながら、径が3.5mmの巻芯にセパレータを介して配置された正極と負極とを巻き付けた。これにより、捲回型の電極群が作製された。
正極の作製方法以外は電池9の作製方法に従って、電池6~8及び10~23を作製した。
2 封口板
3 ガスケット
4 正極
4A 正極集電体
4B 正極合剤層
4a 正極リード
5 負極
5A 負極集電体
5B 負極合剤層
5a 負極リード
6 多孔質絶縁層
8 電極群
9 クラック
44 正極
44A 正極集電体
44B 正極合剤層
45 内周面
46 内周面
49 クラック
144 正極
144A 正極集電体
144B 正極合剤層
145 内周面
146 内周面
Claims (10)
- 正極活物質を含む正極合剤層が正極集電体上に設けられた正極と負極活物質を含む負極合剤層が負極集電体上に設けられた負極とが多孔質絶縁層を介して捲回された電極群を備えた非水電解質二次電池であって、
前記正極活物質の粒径の度数分布曲線が2つ以上のピークを有しており、
前記正極合剤層は、前記正極集電体の両表面のうち前記電極群の径方向における内側に位置する表面上に少なくとも設けられており、
前記正極合剤層の空孔率が20%以下であり、
前記正極集電体の前記両表面のうち前記電極群の径方向における内側に位置する前記表面上に設けられた前記正極合剤層の厚みをηとし、前記正極の最小曲率半径をρとし、捲回方向における前記正極の引っ張り伸び率をεとしたときに、ε≧η/ρを満たすことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極活物質の粒径の度数分布曲線において、前記ピークにおける粒径のうち最小の粒径は最大の粒径に対して2/3倍以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項2に記載の非水電解質二次電池において、
前記最小の粒径は0.1μ以上5μm以下であり、前記最大の粒径は10μm以上40μm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極合剤層の空孔率は、15%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項4に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極合剤層の空孔率は、10%以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極の前記最小曲率半径ρは、前記正極合剤層のうち前記電極群の最内周を構成する部分の曲率半径であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
捲回方向における前記正極の引っ張り伸び率εは2%以上であることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極は、前記正極活物質を含む正極合剤スラリーを前記正極集電体の表面上に塗布した後に乾燥させ、その後、前記表面上に前記正極活物質が設けられた正極集電体を圧延した後に熱処理したものであることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項8に記載の非水電解質二次電池において、
前記正極集電体は、鉄を含有するアルミニウムからなることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 請求項1に記載の非水電解質二次電池の製造方法であって、
前記正極を作製する工程は、
前記正極活物質を含む正極合剤スラリーを前記正極集電体の表面上に塗布した後に乾燥させる工程(a)と、
前記表面上に前記正極活物質が設けられた正極集電体を圧延する工程(b)と、
前記工程(b)の後、圧延された正極集電体を前記正極集電体の軟化温度以上の温度で熱処理する工程(c)とを有していることを特徴とする非水電解質二次電池の製造方法。
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