JP2007324015A - Secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】高出力で大電流での充放電を可能とする抵抗が小さく信頼性に優れた集電構造を有する二次電池を提供する。
【解決手段】正極集電体上に正極合剤塗工部1bと幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部1aを有する正極板1と、負極集電体上に負極合剤塗工部2bと幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部2aを有する負極板2と、少なくとも正極板1の正極合剤塗工部1bと負極板2の負極合剤塗工部2bに対向して設けられたセパレータ3とを長手方向に捲回して構成された電極群4と、正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aの幅より小さく刃先形状の突条部12aを有する正極集電部材10および負極集電部材11と、を少なくとも備え、正極集電部材10および負極集電部材11の突条部12aと正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aの電極群4に設けられた切り込み部を介して接続して構成する。
【選択図】図1The present invention provides a secondary battery having a current collecting structure with small resistance and excellent reliability that enables charging and discharging with a large current at a high output.
A positive electrode plate having a positive electrode mixture coated portion 1b on a positive electrode current collector and a positive electrode mixture uncoated portion 1a provided at one end in the width direction, and a negative electrode mixture on the negative electrode current collector. A negative electrode plate 2 having a negative electrode mixture uncoated portion 2 a provided at one end in the width direction with the coating portion 2 b, and a negative electrode mixture coating of at least the positive electrode mixture coated portion 1 b of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. Cutting edge shape smaller than the width of the electrode group 4 constituted by winding the separator 3 provided facing the portion 2b in the longitudinal direction, and the positive electrode mixture uncoated portion 1a and the negative electrode mixture uncoated portion 2a A positive electrode current collecting member 10 and a negative electrode current collecting member 11 each having a protruding portion 12a, and the protruding portion 12a of the positive electrode current collecting member 10 and the negative electrode current collecting member 11, the positive electrode mixture uncoated portion 1a, and It connects and comprises via the notch provided in the electrode group 4 of the negative electrode mixture uncoated part 2a.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、高出力化を図ったリチウムイオン二次電池に関し、特に低抵抗で大電流充放電に適した集電構造に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery with high output, and particularly relates to a current collecting structure that is low resistance and suitable for large current charge / discharge.
近年、各種電子機器の小型・軽量化に伴い、その駆動電源となる二次電池が重要なキーデバイスの一つとして、その開発が進められている。その中でも、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの二次電池は、軽量、小型で高エネルギー密度であることから、携帯電話を始めとして民生用機器から電気自動車や電動工具の駆動用電源など各種用途に展開されている。最近では、特に、リチウムイオン二次電池が駆動用電源として注目され、高容量化・高出力化に向けて、開発が活発化している。 In recent years, with the reduction in size and weight of various electronic devices, a secondary battery serving as a driving power source has been developed as one of important key devices. Among them, secondary batteries such as nickel metal hydride storage batteries and lithium-ion secondary batteries are lightweight, compact, and have high energy density, so power supplies for driving electric vehicles and power tools from consumer devices such as mobile phones It is deployed in various applications. Recently, in particular, lithium ion secondary batteries have been attracting attention as driving power sources, and development has been actively promoted toward higher capacity and higher output.
駆動用電源として用いられる電池には、大きな出力電流が要求され、電池構造、特に集電構造に工夫を加えた電池が提案されている。 A battery used as a power source for driving requires a large output current, and a battery in which a device structure, particularly a current collecting structure, has been devised has been proposed.
例えば、大きな出力電流を得るために電極面積を大きくできる、正極集電体に正極合剤を塗布した正極板と負極集電体に負極合剤を塗布した負極板とをセパレータを介して対向させて捲回した電極群構成が用いられる。そして、この電極群を一方の電池端子を兼ねる円筒状の電池容器に収納し、電池容器の開口部は他方の電池端子を兼ねる封口板で封口することで二次電池が作製される。一般に、負極集電体は電池容器に、正極集電体は封口板に、それぞれ直接あるいは集電板、集電タブやリード板などの集電部材を介してできるだけ接続抵抗を小さくして電気的に接続されている。 For example, to obtain a large output current, the electrode area can be increased, and a positive electrode plate coated with a positive electrode mixture on a positive electrode current collector and a negative electrode plate coated with a negative electrode mixture on a negative electrode current collector are opposed to each other through a separator. A wound electrode group configuration is used. The electrode group is housed in a cylindrical battery container that also serves as one battery terminal, and the opening of the battery container is sealed with a sealing plate that also serves as the other battery terminal, whereby a secondary battery is manufactured. In general, the negative electrode current collector is electrically connected to the battery container, and the positive electrode current collector is electrically connected to the sealing plate, either directly or via a current collecting member such as a current collecting plate, a current collecting tab or a lead plate. It is connected to the.
さらに、各集電体と電池容器あるいは封口板との接続には、低抵抗でかつ正極板、負極板の全面に亘り均一に電流を流すとともに、電池内に占める接続部分の容積をできるだけ小さくする集電構造が必要である。 Furthermore, the current collector is connected to the battery container or the sealing plate with a low resistance, and a current flows uniformly over the entire surface of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the volume of the connecting portion in the battery is made as small as possible. A current collecting structure is required.
従来、このような要求を満たす集電構造として、以下に示すようなタブレス構造を有する二次電池が開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
Conventionally, a secondary battery having a tabless structure as described below has been disclosed as a current collecting structure that satisfies such requirements (see, for example,
すなわち、特許文献1に記載の二次電池は、正極集電体および負極集電体に切り欠き部を複数箇所に設け、この切り欠き部の板部材を平面に対して折り曲げてエッジ部を形成している。そして、この折り曲げたエッジ部を、電極群の両端から突出した集電条の端面と溶接した集電構造を有している。
That is, in the secondary battery described in
また、特許文献2に記載の二次電池は、集電板の中央付近から外縁部にまたがった長方形状の切り欠き部を複数箇所に設け、この切り欠き部の縁部には下向きリブ状突起片を形成している。そして、このリブ状突起片を、電極群の両端から突出した集電体の端面部分に食い込ませて溶接した集電構造を有している。
Moreover, the secondary battery described in
これらにより、各集電部材と接続される電極群の集電条や集電体との抵抗溶接時の無効電流を小さくして、効率よく均一に溶接できるとしている。 By these, the reactive current at the time of resistance welding with the current collecting strip and current collector of the electrode group connected with each current collecting member is made small, and it is supposed that it can weld efficiently and uniformly.
なお、本明細書中においては、正極と負極とを独立して示す必要がない場合には、単に合剤塗工部、合剤未塗工部、集電体、集電部材のように記す場合がある。
しかしながら、特許文献1や特許文献2は、アルカリ蓄電地の集電構造に関するもので、各集電部材と接続される電極群の集電条や集電体の板厚は200μm程度を有している。そのため、集電部材と電極群の集電条や集電体を抵抗溶接する場合において、加圧に対する耐力が大きく電極群の集電条や集電体の折れ曲がりなどを生じにくいものである。
However,
しかし、リチウムイオン二次電池などにおいては、高容量化を実現するためには、各集電体の占める容積はできるだけ小さくすることが必要であるため、各集電体に、厚さが10数ミクロン程度の薄い金属箔が用いられる。 However, in a lithium ion secondary battery or the like, the volume occupied by each current collector needs to be as small as possible in order to achieve high capacity. A thin metal foil of about micron is used.
そのため、電極群から突出させた各合剤未塗工部である集電体は、機械的な強度が弱く、集電部材を接続する際に加える加圧で合剤未塗工部が折れ曲がり、合剤塗工部の合剤層に歪が発生し合剤が集電体から剥離や破損するという問題があった。 Therefore, the current collector which is each mixture uncoated part protruding from the electrode group is weak in mechanical strength, and the mixture uncoated part is bent by the pressure applied when connecting the current collecting member, There was a problem that distortion occurred in the mixture layer of the mixture coating portion, and the mixture was peeled off or damaged from the current collector.
また、特許文献1や特許文献2に示されている集電部材で、電極群から突出させた各集電体と接続する場合、集電体の折れ曲がりにより集電部材との均一な接触ができないため、確実で均一な溶接ができないという課題があった。その結果、接続抵抗が高くなり大電流充放電特性が得られなかった。
In addition, when the current collecting members shown in
本発明は、上記課題を解決するものであり、電極群の合剤未塗工部である集電体の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材と集電体との均一な接続により大電流充放電を実現した二次電池を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, prevents the current collector that is an uncoated part of the electrode group from being bent, and ensures uniform current connection between the current collector and the current collector. It aims at providing the secondary battery which implement | achieved discharge.
上記目的を達成するために、本発明の二次電池は、正極集電体上に正極合剤塗工部と正極合剤未塗工部を有する正極板と、負極集電体上に負極合剤塗工部と負極合剤未塗工部を有する負極板と、正極合剤塗工部と負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを捲回した電極群と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の電極群に設けられた切り込み部を介して接続した構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the secondary battery of the present invention comprises a positive electrode plate having a positive electrode mixture coated part and a positive electrode mixture uncoated part on a positive electrode current collector, and a negative electrode compound on a negative electrode current collector. An electrode group in which a negative electrode plate having an agent coating portion and a negative electrode mixture uncoated portion, a positive electrode mixture coating portion and a separator provided opposite to the negative electrode mixture coating portion, Positive electrode current collector member and negative electrode current collector member having a blade-shaped protrusion smaller than the width of the uncoated agent portion and negative electrode mixture uncoated portion, and uncoated positive electrode mixture portion and negative electrode mixture uncoated portion It has the structure connected through the notch provided in the electrode group of the part.
これにより、電極群から突出させた合剤未塗工部に溶接時の加圧が加わっても集電体の折れ曲がりを防止できる。また、合剤未塗工部である集電体に切り込み部を予め設けるため集電部材の突条部と均一な接続が得られる。 Thereby, even if the pressurization at the time of welding is added to the mixture uncoated part protruded from the electrode group, bending of a collector can be prevented. Moreover, since the notch part is previously provided in the collector which is a mixture uncoated part, a uniform connection with the protrusion part of a current collection member is obtained.
本発明の二次電池およびその製造方法によれば、集電部材と電極群の未塗工部である集電体との溶接による接続を確実に行うことにより大電流での充放電を実現した二次電池が得られる。 According to the secondary battery and the manufacturing method thereof of the present invention, charging and discharging at a large current is realized by reliably connecting the current collecting member and the current collector, which is an uncoated part of the electrode group, by welding. A secondary battery is obtained.
本発明の第1の発明は、正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板と、負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板と、少なくとも正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して構成された電極群と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、を少なくとも備え、正極集電部材および負極集電部材の突条部と正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の電極群に設けられた切り込み部を介して接続する構成を有する。 A first invention of the present invention includes a positive electrode plate having a positive electrode mixture coated portion and a positive electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on the positive electrode current collector, and a negative electrode on the negative electrode current collector. A negative electrode plate having a negative electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction with the mixture coated portion, and at least facing the positive electrode mixture coated portion of the positive electrode plate and the negative electrode mixture coated portion of the negative electrode plate. A positive electrode current collector having an electrode group formed by winding a separator provided in the longitudinal direction and a blade-shaped protrusion that is smaller than the width of the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part At least a member and a negative electrode current collecting member, and a cut portion provided in a protruding portion of the positive electrode current collecting member and the negative electrode current collecting member, and an electrode group of the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion It has the structure connected via this.
これにより、溶接時の加圧による合剤未塗工部の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材の突条部と集電体との均一な接続を実現できる。その結果、接続抵抗の小さい大電流の充放電を可能とした二次電池が得られる。 Accordingly, it is possible to prevent the uncoated portion from being bent due to pressurization during welding and to achieve uniform connection between the protruding portion of the current collecting member and the current collector. As a result, a secondary battery capable of charging and discharging a large current with a small connection resistance is obtained.
本発明の第2の発明は、第1の発明において、突条部の少なくとも刃先形状の位置に、ろう材を設けるものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the brazing material is provided at least at the position of the edge shape of the protrusion.
これにより、ろう材が合剤未塗工部の切り込み部で溶融して広がり接続する面積が増えるため、さらに低抵抗な接続を実現できる。また、ろう材は比較的低い温度で溶融するので、セパレータに対して熱の影響を与えず信頼性の高い二次電池が得られる。 As a result, the area where the brazing material melts and spreads at the cut portion of the mixture uncoated portion is increased, so that a connection with lower resistance can be realized. Also, since the brazing material melts at a relatively low temperature, a reliable secondary battery is obtained without affecting the separator with heat.
本発明の第3の発明は、第1の発明および第2の発明において、正極合剤塗工部と正極合剤未塗工部および負極合剤塗工部と負極合剤未塗工部との境界部から正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の切り込み部までの間に補強層を設けるものである。 The third invention of the present invention is the first invention and the second invention, wherein the positive electrode mixture coated portion, the positive electrode mixture uncoated portion, the negative electrode mixture coated portion, the negative electrode mixture uncoated portion, A reinforcing layer is provided between the boundary portion of the electrode and the cut portions of the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion.
これにより、溶接時の加圧により合剤未塗工部の折れ曲がりを確実に防止し、さらに信頼性に優れた二次電池が得られる。 Thereby, the secondary battery excellent in reliability can be obtained by reliably preventing the uncoated portion from being bent by pressurization during welding.
本発明の第4の発明は、正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板を形成するステップと、負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板を形成するステップと、少なくとも正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して電極群を形成するステップと、電極群の正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部に切り込み部を形成するステップと、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材の突条部と切り込み部とを接続するステップと、を含む二次電池の製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a step of forming a positive electrode plate having a positive electrode mixture coated portion and a positive electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on a positive electrode current collector; Forming a negative electrode plate having a negative electrode mixture coated portion and a negative electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on the body, and at least a positive electrode mixture coated portion of the positive electrode plate and a negative electrode of the negative electrode plate A step of winding the separator provided facing the mixture coating portion in the longitudinal direction to form an electrode group, and a cut portion in the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion of the electrode group Forming a positive electrode current collector and a negative electrode current collector member with protrusions and notches having a blade-shaped protrusion smaller than the width of the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part, And a step of connecting the two.
これにより、溶接時の加圧による合剤未塗工部の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材の突条部と集電体との均一な接続を実現し接続抵抗が小さく大電流の充放電を可能とした二次電池を作製できる。 This prevents bending of the uncoated part due to the pressurization during welding and realizes a uniform connection between the ridges of the current collector and the current collector, resulting in low connection resistance and high current charge / discharge A secondary battery that enables the above can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、二次電池として、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を例に説明する。また、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As the secondary battery, a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery will be described as an example. Further, the present invention is not limited to the contents described below as long as it is based on the basic characteristics described in the present specification.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における二次電池の概略断面図である。また、図2(a)は同実施の形態で用いる正極板の展開図で、図2(b)は同実施の形態で用いる負極板の展開図である。また、図3(a)は同実施の形態で用いる電極群の斜視図で、図3(b)は図3(a)のA−A線断面部分拡大図である。さらに、図4(a)は同実施の形態で用いる集電部材の平面図で、図4(b)は図4(a)のA−A線断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a secondary battery according to
図1において、円筒型の非水電解質二次電池(以下、「電池」と記す)は、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体に正極合剤が塗工された正極板1と、例えば銅箔からなる負極集電体に負極合剤が塗工された負極板2と、正極板1と負極板2間に、例えば厚み25μmのポリプロピレン樹脂製の微多孔フィルムからなるセパレータ3を配して渦巻き状に捲回された電極群4を備えている。
In FIG. 1, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as “battery”) includes a
ここで、正極板1は、図2(a)に示すように正極集電体の幅方向の一端から長手方向に帯状に設けられた正極合剤未塗工部1aと正極合剤塗工部1bが設けられている。
Here, the
また、負極板2は、図2(b)に示すように負極集電体の幅方向の一端から長手方向に帯状に設けられた負極合剤未塗工部2aと負極合剤塗工部2bが設けられている。なお、正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aは、正極集電体および負極集電体が露出した部分を示したものであり、理解を助けるために別の表現で表している。
Moreover, as shown in FIG. 2 (b), the
このとき、電極群4は、図3(a)に示すように、少なくとも正極板1の正極合剤塗工部1bと負極板2の負極合剤塗工部2bの間に介在するセパレータ3を介して、その幅方向において正極合剤未塗工部1aと負極合剤未塗工部2aが互いに反対方向にセパレータ3の端縁から突出した状態で捲回されている。
At this time, as shown in FIG. 3A, the
また、電極群4は、図3(b)に示すように、正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aの端面から切り込み部9が設けられている。ここで、切り込み部9は、電極群4の正極合剤塗工部1bおよび負極合剤塗工部2bには到達しないように設けることが必要がある。
Moreover, as shown in FIG.3 (b), the
そして、図4(a)に示すように、電極群4の切り込み部9の位置に対応して設けられた突条部12aを有する正極集電部材10および負極集電部材11を接触させる。そして、接触させた状態で、正極集電部材10、負極集電部材11に形成した切り欠き部12を介して、例えば抵抗溶接により、各合剤未塗工部である各集電体と各集電部材を接続して電極群ユニットを構成する。ここで、正極集電部材10、負極集電部材11に設けた突条部12aは、電極群4に設けた切り込み部9に、低い加圧で装着できるように先端に刃先形状を有するとともに、少なくとも各合剤未塗工部の幅よりも小さく(狭く)設けられている。
Then, as shown in FIG. 4A, the positive electrode current collecting
さらに、切り込み部9は、各集電部材と同じ形状の治具で形成することができるため、切り込み部9が低い加圧で均一な高さに設けることができる。これにより、正極集電部材10、負極集電部材11の突条部12aと正極合剤未塗工部1a、負極合剤未塗工部2aである各集電体とが均一な面で接触できる。その結果、各集電部材と集電体の抵抗溶接時に、各集電体の折れ曲がりを未然に防止できる。さらに、均一な接触により、均一な電気的な接続を確実に得ることができる。
Furthermore, since the
なお、上記では、切り込み部9に突条部12aを接触させる例で説明したが、各集電体の折れ曲がりが問題ない場合には、集電部材の突条部を切り込み部に押し込んでもよい。これにより、さらに集電体と集電部材との接触の均一性を向上させ、より確実な接続が得られる。
In the above description, the example in which the
さらに、正極集電部材10および負極集電部材11を備えた電極群ユニットを電池容器13に内蔵し、負極集電部材11を電池容器13の底部に、正極集電部材10を絶縁板14を間に設けて、正極リード15を介して封口板16と接続する。そして、電池容器13に非水電解質(図示せず)を注入し、ガスケット17を介して封口板16をかしめる。
Further, an electrode group unit including the positive electrode current collecting
上記構成により、正極合剤未塗工部である正極集電体および負極合剤未塗工部である負極集電体が正極集電部材および負極集電部材と均一に接続されて、接続抵抗に小さい、大電流の充放電を実現した二次電池が得られる。また、刃先形状の突条部を切り込み部に当接あるいは低い加圧での接触で均一な接続ができるため、集電体の折れ曲がりを防止することができる。 According to the above configuration, the positive electrode current collector that is the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode current collector that is the negative electrode mixture uncoated portion are uniformly connected to the positive electrode current collector member and the negative electrode current collector member. Thus, a secondary battery that achieves charging and discharging with a large current can be obtained. In addition, since the blade-shaped ridges can be brought into contact with the cut portions or evenly contacted with low pressure, the current collector can be prevented from being bent.
本発明の実施の形態1によれば、正極合剤未塗工部で示す正極集電体および負極合剤未塗工部で示す負極集電体と、正極集電部材および負極集電部材とを小さい接続抵抗で接続できるため、大電流の充放電に適した二次電池を実現できる。られる。また、刃先形状の突条部を切り込み部に当接あるいは低い加圧での接触で均一な接続ができるため、集電体の折れ曲がりを防止し、信頼性に優れた二次電池が得られる。
According to
ここで、正極集電体は、金属製の薄箔からなるアルミニウムの箔や穿孔体などを用いることができる。また、正極集電部材は、アルミニウムなどが用いられる。 Here, as the positive electrode current collector, an aluminum foil or a perforated body made of a metal thin foil can be used. Moreover, aluminum etc. are used for a positive electrode current collection member.
そして、正極合剤は、正極活物質、導電剤や結着剤からなる。具体的には、正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの複合酸化物やそれらの変性体などを用いることができる。変性体として、アルミニウム、マグネシウムなどの元素を含有させることができる。また、コバルト、ニッケルおよびマンガン元素を混合して含有させることもできる。導電剤としては、正極電位下で安定な黒鉛・カーボンブラック・金属粉末などが用いられる。さらに、結着剤としては、正極電位下で安定なポリフッ化ビニリデン(PVDF)・ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが用いられる。 The positive electrode mixture includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. Specifically, as the positive electrode active material, composite oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate, and modified products thereof can be used. As a modified body, elements such as aluminum and magnesium can be contained. Further, cobalt, nickel and manganese elements can be mixed and contained. As the conductive agent, graphite, carbon black, metal powder or the like that is stable under the positive electrode potential is used. Furthermore, as the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF) / polytetrafluoroethylene (PTFE) which is stable under a positive electrode potential is used.
一方、負極集電体は、金属製の薄箔からなる銅箔や銅穿孔体などを用いることができる。また、負極集電部材は、銅やニッケル、ニッケルめっき鋼板などが用いられる。 On the other hand, the negative electrode current collector can be a copper foil or a copper perforated body made of a metal thin foil. Moreover, copper, nickel, a nickel plating steel plate, etc. are used for a negative electrode current collection member.
そして、負極合剤は、負極活物質、導電剤や結着剤からなる。具体的には、負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アルミニウムやそれを主体とする種々の合金、酸化スズなどの金属酸化物や金属窒化物を用いることができる。また、導電剤としては、負極電位下で安定な黒鉛・カーボンブラック・金属粉末などが用いられる。さらに、結着剤としては、負極電位下で安定なスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)・カルボキシメチルセルロース(CMC)などが用いられる。 And a negative electrode mixture consists of a negative electrode active material, a electrically conductive agent, and a binder. Specifically, as the negative electrode active material, natural graphite, artificial graphite, aluminum, various alloys mainly composed thereof, metal oxides such as tin oxide, and metal nitrides can be used. As the conductive agent, graphite, carbon black, metal powder, etc. that are stable under a negative electrode potential are used. Further, as the binder, styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) / carboxymethyl cellulose (CMC) which is stable under a negative electrode potential is used.
また、非水電解質としては、非水電解液やポリマー材料に非水電解液を含ませたゲル電解質が用いられる。そして、非水電解液は非水溶媒、溶質や添加剤とからなる。溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)などのリチウム塩が用いられる。非水溶媒としては、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類や、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類などを用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。なお、非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいが、2種以上を組み合わせてもよい。添加剤としては、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどが用いられる。 As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte solution or a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte solution is included in a polymer material is used. The non-aqueous electrolyte solution includes a non-aqueous solvent, a solute, and an additive. As the solute, lithium salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) are used. As the non-aqueous solvent, it is preferable to use cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, but it is not limited thereto. In addition, a non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, but may combine 2 or more types. As the additive, vinylene carbonate, cyclohexylbenzene, diphenyl ether, or the like is used.
以下、本発明の実施の形態1における二次電池の作製方法について説明する。特に、本発明の実施の形態1における二次電池の電極群ユニットについては、図5を用いて詳細に説明する。図5は、二次電池の電極群ユニットの製造方法を説明する要部工程断面図である。
Hereinafter, a method for manufacturing the secondary battery according to
まず、例えば正極活物質としてコバルト酸リチウムを、導電剤として黒鉛および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを用いてそれらを混練し正極合剤を作製し、アルミニウム箔などの正極集電体に塗工する。このとき、正極集電体の幅方向の一端に長手方向に正極合剤未塗工部1aを形成して正極板1を作製する。
First, for example, lithium cobaltate as a positive electrode active material, graphite as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are kneaded to prepare a positive electrode mixture, and a positive electrode current collector such as an aluminum foil Apply to. At this time, the positive electrode mixture
つぎに、例えば負極活物質として天然黒鉛を、導電剤として黒鉛および結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体ゴム(SBR)とを用いてそれらを混練し負極合剤を作製し、銅箔などの負極集電体に塗工する。このとき、負極集電体の幅方向の一端に長手方向に負極合剤未塗工部2aを形成して負極板2を作製する。
Next, for example, natural graphite is used as the negative electrode active material, graphite is used as the conductive agent, and styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) is used as the binder to prepare a negative electrode mixture. Apply to negative electrode current collector. At this time, the negative electrode mixture
つぎに、上記正極板1と負極板2を、例えばポリオレフィンなどの微多孔膜からなるセパレータを介して正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aが互いに反対方向において幅方向に突出させて捲回し、電極群4を形成する。
Next, the
以下、図5を用いて電極群ユニットの作製方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the electrode group unit will be described with reference to FIGS.
まず、図5(a)に示すように、電極群4から互いに反対方向に突出した正極合剤未塗工部1aおよび負極合剤未塗工部2aである各集電体に切り込み部形成治具20を押し付けて、図5(b)に示すような切り込み部9を形成する。ここで、切り込み部形成治具20は、例えば以下で述べる正極集電部材や負極集電部材と同じ形状を有することが好ましい。これにより、低い加圧で切り込み部を形成できるとともに、切り込み部の位置を同じにできるため各集電部材の組み込みが容易となる。具体的には、切り込み部形成治具20は、先端から25°のテーパを有する幅50μmの凸部21を備えるものである。
First, as shown in FIG. 5 (a), the notch forming treatment is performed on each current collector, which is the positive electrode mixture
つぎに、図5(c)に示すように、切り込み部9と同じ形状の突条部12aを有する正極集電部材10および負極集電部材11の突条部12aを、各合剤未塗工部で示す集電体の切り込み部9の位置に合わせて配置する。
Next, as shown in FIG.5 (c), the positive electrode
つぎに、図5(d)に示すように、各集電部材の突条部12aを切り込み部9に嵌めこむ。なお、この場合、図5(e)に示すように各集電部材を加圧して切り込み部に押し込んでもよい。
Next, as shown in FIG. 5 (d), the protruding
そして、図5(d)または図5(e)の状態で、図4(a)で示した切り欠き部12で対向する突条部12aに電流を流して、各集電部材と各合剤未塗工部で示す集電体とを抵抗溶接する。以上の工程により、電極群ユニットが作製される。
And in the state of FIG.5 (d) or FIG.5 (e), an electric current is sent through the
つぎに、例えば鉄、ニッケルやステンレスなどからなる電池容器13に各集電部材を備えた電極群ユニットを挿入し、電池容器13の底部に負極集電部材11を抵抗溶接する。同様に、正極端子を兼ねた封口板16と正極集電部材10とをレーザ溶接して接続する。
Next, the electrode group unit provided with each current collecting member is inserted into the
つぎに、エチレンカーボネートなどの非水溶媒と六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)などの溶質からなる非水電解質を減圧下で電池容器13内に注入する。
Next, a nonaqueous electrolyte composed of a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate and a solute such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is injected into the
つぎに、正極端子を兼ねた封口板16を電池容器13に挿入し、例えば樹脂製のガスケット17を介して封口板16と電池容器13の周縁をかしめて封口することにより、二次電池を作製できる。
Next, a sealing
なお、上記では切り込み部形成治具を用いて切り込み部を形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、レーザを用いて切り込み部を形成してもよい。この場合には、レーザで溶融した各集電体が電極群に残留しないように、例えば吸引しながら、あるいは自重で落下するように下向きに保持した状態で形成することが好ましい。 In the above description, the example in which the cut portion is formed using the cut portion forming jig has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the cut portion may be formed using a laser. In this case, it is preferable to form the current collector melted by the laser so that it does not remain in the electrode group, for example, while being sucked or held downward so as to fall by its own weight.
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における二次電池の集電部材の断面図である。ここで、実施の形態2は、集電部材の突条部の少なくとも先端の位置にろう材を設けた点で実施の形態1と異なるものであり、他の構成は同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a current collecting member of the secondary battery according to
つまり、図6に示すように、正極集電部材10の突条部12aには、例えばアルミ合金からなるろう材25を形成した。負極集電部材11の突条部12aには、例えばニッケル合金からなるろう材25を形成した。そして、上記ろう材25を介して正極集電部材10と正極合剤未塗工部1aで示す正極集電体とを、負極集電部材11と負極合剤未塗工部2aで示す負極集電体とを、例えば抵抗溶接して電極群ユニットを作製する。
That is, as shown in FIG. 6, a
そして、上記電極群ユニットを実施の形態1と同様な方法により二次電池を構成する。 Then, the electrode group unit is configured as a secondary battery by the same method as in the first embodiment.
本発明の実施の形態2によれば、ろう材が正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の切り込み部で溶融して広がるため、接続面積が増え、さらに低抵抗での接続が得られる。また、ろう材は比較的低い温度で溶融するので、セパレータへの熱による影響を低減できるため信頼性の高い二次電池を実現できる。 According to the second embodiment of the present invention, since the brazing material melts and spreads at the cut portions of the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion, the connection area increases, and the connection with low resistance is further achieved. Is obtained. In addition, since the brazing material melts at a relatively low temperature, the influence of heat on the separator can be reduced, so that a highly reliable secondary battery can be realized.
以下に、ろう材25の形成方法について説明する。
Below, the formation method of the
まず、正極集電部材10の油分を洗浄除去し所要箇所、例えば突条部12aの折り曲げ角度90°の位置にアルミ合金φ0.5mmの線材を必要量に切断して設置する。
First, the oil component of the positive electrode current collecting
つぎに、ろう材25を設置した正極集電部材10を、615℃で11分程度、真空炉で加熱しリフローする。
Next, the positive electrode
そして、リフローした後、正極集電部材10をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材25のリフロー部を平滑化して正極集電部材10を得る。
And after reflowing, while pressing the positive electrode
また、負極集電部材11の油分を洗浄除去し所要箇所、例えば突条部12aの折り曲げ角度90°の位置にニッケル合金粉末をバインダーでスラリー状にしたものを必要量塗着する。
Further, the oil content of the negative electrode current collecting
つぎに、ろう材25を塗着した負極集電部材11を、450℃〜800℃で30分〜10分程度、真空炉で加熱しリフローする。
Next, the negative electrode
そして、リフローした後、負極集電部材11をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材25のリフロー部を平滑化して負極集電部材11を得る。
And after reflowing, while negative electrode
なお、本実施の形態においては、正極集電部材10、負極集電部材11にろう材をリフローする例で説明したが、これに限られない。例えば、加熱溶着や接着剤を用いてろう材を貼り付けてもよい。また、アルミブレージングシートやろう材に近い材質の合金を無電解めっき法などによって形成してもよい。
In the present embodiment, the example in which the brazing material is reflowed to the positive electrode current collecting
(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3における二次電池の概略断面図である。また、図8(a)は同実施の形態で用いる正極板の展開図で、図8(b)は同実施の形態で用いる負極板の展開図である。ここで、実施の形態3は、各集電体の合剤塗工部と合剤未塗工部の境界部から少なくとも切り込み部までの間に補強層を設けた点で実施の形態1と異なるものであり、他の構成は同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the secondary battery according to
つまり、図8(a)に示すように、正極板1の正極合剤塗工部1bと正極合剤未塗工部1aの境界部1cから、少なくとも切り込み部(図示せず)までの間に補強層30を設けた構成である。同様に、図8(b)に示すように、負極板2の負極合剤塗工部2bと負極合剤未塗工部2aの境界部2cから、少なくとも切り込み部(図示せず)までの間に補強層30を設けた構成である。ここで、補強層30は、各合剤塗工部の厚みと同程度またはそれよりも薄い厚みに形成することが好ましい。これにより、電極群の捲回数が減少せず電池特性を維持したまま集電体の折れ曲がりを防止して信頼性を向上させることができる。
That is, as shown to Fig.8 (a), between the
そして、上記正極板1と負極板2を実施の形態1と同様な方法により、捲回して電極群ユニットを構成し、図7に示すような二次電池を構成する。
And the said
本発明の実施の形態3によれば、補強層により各集電体と各集電部材との抵抗溶接時の加圧により発生しやすい各合剤未塗工部で示す集電体の折れ曲がりを確実に防止し、さらに信頼性に優れた二次電池が得られる。
According to
以下、補強層の形成方法について説明する。 Hereinafter, a method for forming the reinforcing layer will be described.
まず、例えばアルミナなどの無機酸化物フィラー、結着剤と適量のN−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」と記す)混練し、補強層用のスラリーを作製した。 First, for example, an inorganic oxide filler such as alumina, a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as “NMP”) were kneaded to prepare a slurry for a reinforcing layer.
つぎに、得られたスラリーを正極合剤未塗工部1a、負極合剤未塗工部2aの正極合剤塗工部1b、負極合剤塗工部2bとの境界部から、以降の工程で形成される切り込み部の間に、正極合剤塗工部1b、負極合剤塗工部2bの厚みと同じ厚みになるように塗布した後、乾燥させて補強層を形成する。
Next, the obtained slurry is subjected to the following steps from the boundary portion of the positive electrode mixture
以下に、本発明の実施の形態における具体的な実施例について説明する。 Specific examples in the embodiment of the present invention will be described below.
(実施例1)
実施例1は、上記実施の形態1を具体化した一例である。
Example 1
Example 1 is an example in which
(1)正極板の作製
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極板を、以下の方法で作製した。
(1) Production of positive electrode plate A positive electrode plate capable of inserting and extracting lithium ions was produced by the following method.
まず、正極合剤として、コバルト酸リチウム粉末を85重量部、導電剤として炭素粉末を10重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン(以下、「PVDF」と記す)のNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合した。 First, 85 parts by weight of lithium cobaltate powder as a positive electrode mixture, 10 parts by weight of carbon powder as a conductive agent, and 5% of PVDF as an NMP solution of polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVDF”) as a binder. Equivalent parts by weight were mixed.
つぎに、得られた混合物を厚み15μmで幅56mmのアルミニウム箔の正極集電体の両面にドクターブレード法を用いて幅50mmの正極合剤塗工部に塗布し、乾燥した後、圧延して厚みが150μmで、幅6mmの正極合剤未塗工部を設けた正極板を得た。 Next, the obtained mixture was applied to both sides of a positive electrode current collector of aluminum foil having a thickness of 15 μm and a width of 56 mm using a doctor blade method on a positive electrode mixture coating portion having a width of 50 mm, dried, and then rolled. A positive electrode plate having a thickness of 150 μm and a positive electrode mixture uncoated portion with a width of 6 mm was obtained.
(2)負極板の作製
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極板を、以下の方法で作製した。
(2) Production of negative electrode plate A negative electrode plate capable of inserting and extracting lithium ions was produced by the following method.
まず、負極合剤として、人造黒鉛粉末を95重量部、および結着剤としてPVDFのNMP溶液をPVDFが5重量部相当を混合した。 First, 95 parts by weight of artificial graphite powder was mixed as a negative electrode mixture, and 5 parts by weight of PVDF was mixed with an NMP solution of PVDF as a binder.
つぎに、得られた混合物を厚み10μm、幅57mmの銅箔の負極集電体の両面にドクターブレード法を用いて幅52mmの負極合剤塗工部に塗布し、乾燥した後、負極合剤塗工部を圧延して厚みが160μmで、幅5mmの負極合剤未塗工部を設けた負極板を作製した。 Next, the obtained mixture was applied to both sides of a negative electrode current collector of copper foil having a thickness of 10 μm and a width of 57 mm using a doctor blade method on a negative electrode mixture coating portion having a width of 52 mm, and dried, and then the negative electrode mixture The coated part was rolled to prepare a negative electrode plate having a thickness of 160 μm and a negative electrode mixture uncoated part having a width of 5 mm.
(3)電極群の作製
上記のようにして作製した正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部は少なくとも覆うように、幅53mmで厚み25μmのポリプロピレン樹脂製微多孔フィルムよりなるセパレータを対向して配置し渦巻き状に捲回した。そして、て、渦巻き状に捲回し、その両端から突出した正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の端面から、切り込み部形成治具を用いて、押圧力2Nで加圧し深さ1mmのテーパ状の切り込み部を形成し電極群を得た。このとき、切り込み部形成治具として、以下で述べる集電部材の突条部と同じ形状を備えたものを用いた。
(3) Production of Electrode Group Microporous polypropylene resin having a width of 53 mm and a thickness of 25 μm so as to cover at least the positive electrode mixture coated part of the positive electrode plate produced as described above and the negative electrode mixture coated part of the negative electrode plate. A separator made of a film was placed oppositely and wound in a spiral shape. Then, it is wound in a spiral shape, and is pressed from the end surfaces of the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion protruding from both ends with a pressing force 2N using a notch forming jig. A taper-shaped cut portion having a thickness of 1 mm was formed to obtain an electrode group. At this time, as the notch forming jig, a jig having the same shape as the protruding portion of the current collecting member described below was used.
(4)集電部材の作製
正極集電部材は、以下の方法により作製した。
(4) Production of current collector The positive electrode current collector was produced by the following method.
まず、中央部に直径7mmの孔を有する直径24mmの形状に厚みが0.2mmのアルミニウム板をプレスで打ち抜いてドーナッツ状の円板に形成した。つぎに、ドーナッツ状の円板の孔に接しない位置から外周縁に向かい長方形状に4箇所の切り欠き部を形成した。そして、切り欠き部の端面からアルミニウム板を平面に対して90°に折り曲げて高さ0.7mmの突条部を形成した。さらに、突条部の先端を平面に対して25°の傾斜で研磨して、先端を刃先形状とした厚み50μmの正極集電部材を作製した。 First, an aluminum plate having a thickness of 24 mm and a hole having a diameter of 7 mm in the central portion was punched out with a press to form a donut-shaped disk. Next, four notches were formed in a rectangular shape from the position not contacting the hole of the donut-shaped disk toward the outer peripheral edge. Then, the aluminum plate was bent at 90 ° with respect to the flat surface from the end face of the cutout portion to form a ridge portion having a height of 0.7 mm. Furthermore, the tip of the ridge portion was polished at an inclination of 25 ° with respect to the flat surface, and a positive electrode current collecting member with a thickness of 50 μm having a tip shape of the tip was produced.
また、負極集電部材は、正極集電部材と同様の方法で、厚みが0.2mmの銅板を用いて作製した。 Moreover, the negative electrode current collection member was produced by the same method as the positive electrode current collection member using a copper plate having a thickness of 0.2 mm.
(5)電極群ユニットの作製
上記のようにして作製した電極群の切り込み部と各集電部材の突条部とを位置合わせして、抵抗溶接により接続し電極群ユニットを得た。このとき、抵抗溶接の条件は、正極集電体と正極集電部材の場合、電圧3.5V、電流0.54A、時間5.0msで加圧2Nで溶接した。また、負極集電体と負極集電部材の場合、電圧5V、電流0.85kA、時間5.0msで加圧3.5Nで溶接した。
(5) Preparation of electrode group unit The notch part of the electrode group produced as described above and the protruding part of each current collecting member were aligned and connected by resistance welding to obtain an electrode group unit. At this time, the resistance welding conditions were as follows. In the case of the positive electrode current collector and the positive electrode current collector member, welding was performed at a pressure of 2 N at a voltage of 3.5 V, a current of 0.54 A, and a time of 5.0 ms. In the case of the negative electrode current collector and the negative electrode current collector member, welding was performed at a pressure of 3.5 N at a voltage of 5 V, a current of 0.85 kA, and a time of 5.0 ms.
(6)電池の作製
上記のようにして電極群ユニットを片側のみ開口した円筒型の電池容器(材質:鉄/Niめっき、直径26mm、高さ65mm)に挿入し、電池容器と電極群ユニットの負極集電部材と電池容器とを抵抗溶接した後、絶縁板を配置して正極集電部材と封口板とをアルミニウム製の正極リードを介してレーザ溶接し電池容器を得た。
(6) Production of battery As described above, the electrode group unit was inserted into a cylindrical battery container (material: iron / Ni plating,
つぎに、非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)が1mol/Lになるように溶解させて調製し非水電解質を作製した。 Next, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1 as a non-aqueous solvent, and dissolved therein so that lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is 1 mol / L as a solute. A non-aqueous electrolyte was prepared.
つぎに、得られた電池容器を真空中で60℃に加熱して乾燥した後、調整した非水電解質4.5mlを注入した。 Next, after the obtained battery container was dried by heating to 60 ° C. in a vacuum, 4.5 ml of the adjusted nonaqueous electrolyte was injected.
そして、封口板をガスケットを介して電池容器でかしめて封止し、直径26mm、高さ65mmで設計容量2600mAhの円筒型の二次電池を作製した。 Then, the sealing plate was squeezed and sealed with a battery container through a gasket to produce a cylindrical secondary battery having a diameter of 26 mm, a height of 65 mm, and a design capacity of 2600 mAh.
これを、サンプル1とする。
This is
(実施例2)
実施例2は、上記実施の形態2を具体化した一例である。そして、集電部材の突条部にろう材を以下の方法により設けた以外は実施例1と同様である。
(Example 2)
Example 2 is an example in which
まず、エタノールで油分を洗浄除去した正極集電部材の、例えば突条部の折り曲げ角度90°の位置にアルミ合金φ0.5mmの線材を5mgで切断して設置した。 First, an aluminum alloy φ0.5 mm wire was cut at 5 mg at a position at a bending angle of 90 ° of the protruding portion of the positive electrode current collecting member from which oil was washed and removed with ethanol.
つぎに、ろう材を設置した正極集電部材を615℃で11分程度真空炉で加熱しリフローした。 Next, the positive electrode current collecting member provided with the brazing material was heated in a vacuum furnace at 615 ° C. for about 11 minutes and reflowed.
そして、リフローした後、正極集電部材をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材のリフロー部を平滑化して正極集電部材を得た。 And after reflowing, the positive electrode current collection member was pressed, the curvature was corrected, and the reflow part of the brazing material was smoothed, and the positive electrode current collection member was obtained.
つぎに、エタノールで油分を洗浄除去した負極集電部材の、例えば突条部にニッケル合金粉末をバインダーでスラリー状にしたものを5mg塗着した。 Next, 5 mg of a negative electrode current collecting member in which oil was washed and removed with ethanol, for example, a nickel alloy powder made into a slurry with a binder was applied to the ridge.
そして、ろう材を塗着した負極集電部材を、450℃〜800℃で30分〜10分程度、真空炉で加熱しリフローした。 Then, the negative electrode current collecting member coated with the brazing material was heated in a vacuum furnace at 450 ° C. to 800 ° C. for about 30 minutes to 10 minutes and reflowed.
さらに、リフローした後、負極集電部材をプレスして、加熱による反りを矯正するとともに、ろう材のリフロー部を平滑化して負極集電部材を得た。 Furthermore, after reflowing, the negative electrode current collecting member was pressed to correct warpage due to heating, and the reflow part of the brazing material was smoothed to obtain a negative electrode current collecting member.
さらに、得られた負極集電部材を用いて、実施例1と同様な方法により、二次電池を作製した。 Further, a secondary battery was produced by the same method as in Example 1 using the obtained negative electrode current collector.
これを、サンプル2とする。
This is
(実施例3)
実施例3は、上記実施の形態3を具体化した一例である。そして、正極板および負極板に補強層を設けた以外は実施例1と同様である。
(Example 3)
Example 3 is an example in which the third embodiment is embodied. And it is the same as that of Example 1 except having provided the reinforcement layer in the positive electrode plate and the negative electrode plate.
以下、補強層の形成方法について説明する。 Hereinafter, a method for forming the reinforcing layer will be described.
まず、無機酸化物フィラーであるメディアン径0.3μmのアルミナと、ポリアクリロニトリル変性ゴム結着剤BM−720H(日本ゼオン製で固形分8重量%)とを重量比8:3で、適量のNMPとともにプラネタリーミキサーにて混練し、白色の補強層用のスラリーを作製した。 First, alumina having a median diameter of 0.3 μm, which is an inorganic oxide filler, and polyacrylonitrile-modified rubber binder BM-720H (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., solid content: 8% by weight) at a weight ratio of 8: 3, an appropriate amount of NMP Together with a planetary mixer, a white reinforcing layer slurry was prepared.
つぎに、得られたスラリーを正極合剤未塗工部上で正極合剤塗工部との境界部から、正極合剤未塗工部に形成した切り込み部の間の幅4mmに、正極合剤塗工部の厚みと同じ厚みになるように片面当り厚み62.5μmで塗布した後、100℃で2分間乾燥させて補強層を有する正極板を作製した。同様に、負極合剤未塗工部上で負極合剤塗工部との境界部から、負極合剤未塗工部に形成した切り込み部の間の幅4mmに、片面当り厚み75μmで形成された補強層を有する負極板を作製した。 Next, the obtained slurry is placed on the positive electrode mixture uncoated portion to a width of 4 mm between the boundary portion with the positive electrode mixture coated portion and the cut portion formed in the positive electrode mixture uncoated portion. After coating with a thickness of 62.5 μm per side so as to be the same as the thickness of the agent-coated portion, it was dried at 100 ° C. for 2 minutes to produce a positive electrode plate having a reinforcing layer. Similarly, on the negative electrode mixture uncoated portion, a width of 4 mm between a boundary portion with the negative electrode mixture coated portion and a cut portion formed in the negative electrode mixture uncoated portion is formed with a thickness of 75 μm per side. A negative electrode plate having a reinforcing layer was prepared.
さらに、得られた正極板および負極板を用いて、実施例1と同様な方法により、二次電池を作製した。 Furthermore, a secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained positive electrode plate and negative electrode plate.
これを、サンプル3とする。
This is designated as
(比較例1)
捲回した電極群の正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部に切り込み部を形成せず、さらに先端が刃先形状を有しない正極集電部材および負極集電部材の突条部で実施例1と同様に作製した二次電池をサンプルC1とする。
(Comparative Example 1)
The positive electrode current collector member and the negative electrode current collector member ridges that are not formed with a notch in the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part of the wound electrode group, and the tip does not have a cutting edge shape A secondary battery manufactured in the same manner as in Example 1 is designated as Sample C1.
以上のように作製した二次電池を各50個準備し、以下に示す評価を行った。 Fifty secondary batteries each prepared as described above were prepared and evaluated as follows.
(引っ張り強度の測定)
各二次電池の作製段階において、各集電部材と各集電体とを接続したときの引っ張り強度を、例えばJIS Z2241に基づいて、5個ずつ抜き取り測定した。具体的には、引っ張り試験機の一方に電極群に適した形状の把持装置を取り付けて電極群を保持した。そして、引っ張り試験機のもう一方に集電部材に適した形状の把持装置を取り付けて集電部材を保持した。その状態で、一定の速度で軸方向に引っ張り溶接部がはずれたときの荷重を引っ張り強度とした。
(Measurement of tensile strength)
In the production stage of each secondary battery, the tensile strength when each current collecting member and each current collector were connected was extracted and measured, for example, in accordance with JIS Z2241. Specifically, a gripping device having a shape suitable for the electrode group was attached to one of the tensile testers to hold the electrode group. And the holding device of the shape suitable for a current collection member was attached to the other side of a tension test machine, and the current collection member was hold | maintained. In this state, the tensile strength was defined as the load when the tensile welded part was released in the axial direction at a constant speed.
その結果、サンプル1からサンプル3のいずれの二次電池も、引っ張り強度が20N以上であった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、均一な接触を実現し、抵抗溶接が均一に行われた効果によるものである。
As a result, any of the secondary batteries of
一方、サンプルC1では、3/5個が10N以下の引っ張り強度で溶接部がはずれた。 On the other hand, in sample C1, 3/5 pieces had a welded portion with a tensile strength of 10 N or less.
(集電体の折れ曲がり状態の観察)
各二次電池の作製段階において、各集電部材と各集電体との接続状態と各集電体の折れ曲がりの状態を、その各合剤未塗工部で示す集電体の断面により観察した。
(Observation of current collector bent state)
In the production stage of each secondary battery, the connection state between each current collector and each current collector and the bent state of each current collector are observed by the cross section of the current collector indicated by each unmixed portion of the mixture did.
その結果は、サンプル1からサンプル3のいずれの二次電池も折れ曲がりはほとんど観察されず、サンプル3は補強層により折れ曲がりは皆無であった。また、各合剤塗工部の各合剤と各集電体との剥離や損傷はまったく観察されなかった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、抵抗溶接を低い加圧で行った効果や補強層を設けた効果によるものである。
As a result, almost no bending was observed in any of the secondary batteries of
一方、サンプルC1では、折れ曲がり、剥離や集電部材と接続されていない集電体が多数観察された。 On the other hand, in the sample C1, a large number of current collectors that were bent and peeled off or not connected to the current collecting member were observed.
(電池の内部抵抗の測定)
各二次電池を、まず1250mAの定電流で4.2Vまで充電した後、1250mAの定電流で3.0Vまで放電する充放電を1サイクルとして3サイクルの充放電を繰り返した。
(Measurement of battery internal resistance)
First, each secondary battery was charged to 4.2 V with a constant current of 1250 mA, and then charging and discharging for discharging to 3.0 V with a constant current of 1250 mA was taken as one cycle, and charging and discharging for 3 cycles were repeated.
その後、1kHzの交流で、二次電池の内部抵抗を測定し、接続状態を評価した。 Thereafter, the internal resistance of the secondary battery was measured with an alternating current of 1 kHz, and the connection state was evaluated.
その結果は、サンプル1とサンプル3の二次電池の平均の内部抵抗値は10mΩ、ばらつきは10%程度であった。また、サンプル2においては、二次電池の平均の内部抵抗値は9mΩ、ばらつきは5%程度であった。これは、各集電部材と各集電体との均一な接続が実現された結果であり、特にサンプル2はろう材による接続面積に拡大によりさらに均一な接続が得られたことによるものである。
As a result, the average internal resistance values of the secondary batteries of
一方、サンプルC1の平均の内部抵抗値は15mΩで、しかもばらつきが30%以上であった。 On the other hand, the average internal resistance of sample C1 was 15 mΩ, and the variation was 30% or more.
(落下評価)
各二次電池を、60cmの高さから正立状態、倒立状態、側立状態での各1回落下を1サイクルとして、10サイクルの落下試験を行った。その後、試験した二次電池を分解し内部の各集電部材と各集電体との接続状態および各集電体の折れ曲がり様子を観察した。
(Fall evaluation)
Each secondary battery was subjected to a 10-cycle drop test with a single cycle of dropping in an upright state, an inverted state, and a side-standing state from a height of 60 cm as one cycle. Thereafter, the tested secondary battery was disassembled, and the connection state between each current collector and each current collector and the bending state of each current collector were observed.
その結果は、サンプル1からサンプル3のいずれの二次電池も折れ曲がりや溶接はずれなどはほとんど観察されず、サンプル3においては皆無であった。また、各合剤塗工部の各合剤と各集電体との剥離や損傷も観察されなかった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、抵抗溶接を低い加圧で行った効果や補強層を設けた効果によるものである。
As a result, in any of the secondary batteries of
一方、サンプルC1では、折れ曲がりや剥離および集電部材と接続がはずれた集電体が多数観察された。 On the other hand, in the sample C1, a large number of current collectors that were bent or peeled off and disconnected from the current collecting member were observed.
なお、上記では捲回式の円筒型のリチウムイオン二次電池の形態および構成手順を例に説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、集電体が薄く折れ曲がりを生じやすい捲回式の各種電池に対しても同様の効果を活用することができる。 In the above description, the configuration and the configuration procedure of the wound cylindrical lithium ion secondary battery have been described as examples. However, the present invention is not limited to this. For example, the same effect can be utilized for various types of wound batteries in which the current collector is thin and easily bent.
本発明は、各集電部材と各合剤未塗工部で示す各集電体とを低抵抗で均一に接続することにより大電流での充放電を実現できる。これにより、今後、大きな需要が期待される高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電池として有用である。 In the present invention, charging and discharging with a large current can be realized by uniformly connecting each current collecting member and each current collector indicated by each uncoated part of the mixture with low resistance. Thus, it is useful as a battery for driving power tools, electric vehicles, and the like that require high output, which is expected to be in great demand in the future.
1 正極板
1a 正極合剤未塗工部
1b 正極合剤塗工部
1c,2c 境界部
2 負極板
2a 負極合剤未塗工部
2b 負極合剤塗工部
3 セパレータ
4 電極群
9 切り込み部
10 正極集電部材
11 負極集電部材
12 切り欠き部
12a 突条部
13 電池容器
14 絶縁板
15 正極リード
16 封口板
17 ガスケット
20 切り込み部形成治具
21 凸部
25 ろう材
30 補強層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、を少なくとも備え、
前記正極集電部材および前記負極集電部材の前記突条部と前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の前記電極群に設けられた切り込み部を介して接続したことを特徴とする二次電池。 A positive electrode plate having a positive electrode mixture coated portion and a positive electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on the positive electrode current collector, and a negative electrode mixture coated portion and a width direction on the negative electrode current collector A negative electrode plate having a negative electrode mixture uncoated portion provided at one end, and a separator provided at least facing the positive electrode mixture coated portion of the positive electrode plate and the negative electrode mixture coated portion of the negative electrode plate And an electrode group configured by winding in the longitudinal direction;
A positive electrode current collecting member and a negative electrode current collecting member having at least a blade-shaped protruding strip portion smaller than a width of the positive electrode mixture uncoated portion and the negative electrode mixture uncoated portion,
The protrusions of the positive electrode current collecting member and the negative electrode current collecting member are connected to each other through notches provided in the electrode group of the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part. A secondary battery characterized by.
負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板を形成するステップと、
少なくとも前記正極板の前記正極合剤塗工部と前記負極板の前記負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して電極群を形成するステップと、
前記電極群の前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部に切り込み部を形成するステップと、
前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材の前記突条部と前記切り込み部とを接続するステップと、
を含むことを特徴とする二次電池の製造方法。 Forming a positive electrode plate having a positive electrode mixture coated portion and a positive electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on the positive electrode current collector;
Forming a negative electrode plate having a negative electrode mixture coated portion and a negative electrode mixture uncoated portion provided at one end in the width direction on the negative electrode current collector;
Winding at least the positive electrode mixture coating portion of the positive electrode plate and the separator provided facing the negative electrode mixture coating portion of the negative electrode plate in the longitudinal direction to form an electrode group;
Forming a notch in the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part of the electrode group;
The positive electrode current collector and the negative electrode current collector having the blade-shaped protrusions smaller than the width of the positive electrode mixture uncoated part and the negative electrode mixture uncoated part are connected to the protrusions and the cut parts. And steps to
The manufacturing method of the secondary battery characterized by including.
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