JP2008171632A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非水電解質二次電池1は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極板3、及びAl集電体に正極合剤を塗布してなる正極板4がセパレータ5を介して巻回された扁平巻状の電極群(電極エレメント)2と、非水電解液とを電池ケース6に収容してなる。電極群2の最内周側の湾曲部で、正極板4の外面には、絶縁性の粘着テープ43が貼付されている。
【選択図】図1
Description
特許文献2には、バインダとして、引っ張り破壊伸びが400%以上のフッ素系高分子共重合体を用いることで、正極板の柔軟性を向上させ、切断又は亀裂の発生の防止を図った非水電解質二次電池の発明が開示されている。
特許文献4には、バインダとして、フッ素系共重合体を用いることで、正極板の柔軟性を向上させ、切断又は亀裂の発生の防止を図った非水電解質二次電池の発明が開示されている。
特許文献5には、正極板の巻き始めの位置側の内側面にテープを貼り付けることで、電極群の巻回時の折れ曲がり部分の曲率半径を大きくして、切断又は亀裂の発生の防止を図った非水電解質二次電池の発明が開示されている。
また、特許文献2及び特許文献4の非水電解質二次電池の発明においては、バインダとして用いられるフッ素系の高分子共重合体が、共重合体ではないPVDF等と比較して高価であり、また、電解液の膨潤により極板の膨れを生じやすいという問題がある。
特許文献3の非水電解質二次電池の発明においては、使用する活物質が狭く限定されるという問題がある。
特許文献5の非水電解質二次電池の発明においては、切断防止の効果を発揮するために、正極板の内側面に貼付するテープとして、長さ方向の半分に粘着性がないものを使用する必要があり、該テープ又は正極板の製造工程が煩雑になるという問題がある。
本発明においては、正極板の少なくとも外面の、少なくとも湾曲部の頂点を含む部分に、絶縁性の粘着テープを貼付してあるので、正極活物質及びバインダを所定の物性等を有する化合物に限定することなく、そして、正極板が硬い場合であっても、正極板に切断又は亀裂が生じるのが防止されている。
また、本発明においては、粘着テープのテープ基材につき、粘着剤が塗布される領域を制限する必要がなく、また、粘着テープを正極板の外周側の所定位置に貼付するのみであるので、粘着テープ及び電極群の製造を容易に行うことが出来る。
そして、粘着テープのテープ基材につき、粘着剤が塗布される領域を制限する必要がなく、また、正極板の所定位置に粘着テープを貼付するのみであるので、粘着テープ及び電極群の製造を容易に行うことが出来る。
従って、本発明によれば、極板を高密度化し、正極板が硬い場合であっても、電極群の作製時に正極板に切断又は亀裂が生じず、高エネルギー密度化が実現された非水電解質二次電池を容易に、問題なく製造することが出来る。
本発明の非水電解質二次電池(以下、電池と称す)は、その構成として、正極板、負極板及びセパレータを巻回してなる電極群と、非水電解質とを電池ケースに収容してなる。
電池の形状は、特に限定されるものではなく、本発明は、角形、円筒形、長円筒形電池等の様々な形状の非水電解質二次電池に適用することが可能である。
以下に、負極板、正極板、セパレータ及び非水電解質について詳述する。
本発明の電池の負極に含まれる負極活物質としては、例えば、Al、Si、Pb、Sn、Zn,Cd等とLiとの合金、LiFe2 O3 等、WO2 、MnO2 等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素材料、Li3 (Li3 N)等の窒化リチウム、若しくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いることが出来る。
粒状の炭素材料を用いる場合には、例えば、負極活物質とバインダとからなる合剤を銅等の金属集電体上に形成することにより負極板を作製することが出来る。この炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛(MCMB又はMCF等のメソフェーズ系黒鉛)を用いることが好ましく、メソフェーズ系黒鉛(MCMB又はMCF)を用いることがさらに好ましい。さらに、天然黒鉛の表面の一部又は全部を、天然黒鉛より結晶性が低い低結晶性炭素で被覆したものを用いてもよい。
本発明の電池に用いられる正極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物である、例えばLiCoO2 、LiNiO2 、LiMn2O4等が挙げられる。これらを混合して用いてもよい。
この場合、合剤を溶媒に溶かして正極ペーストを得、これを金属集電体の両面に塗布した後、乾燥させる。そして、プレスして、所定の大きさに切断して正極板を得る。
本発明においては、好適には、得られた正極板を巻回して後述する電極群を作製するときに外面となる方の面の、最内周側の湾曲部分となる位置に、絶縁性の粘着テープを貼付する。この粘着テープは、少なくとも湾曲部の頂点に貼付してあればよいが、湾曲部の全体に亘って貼付されていることが好ましい。
そして、粘着テープは、必要に応じて、2周目以降の湾曲部となる1又は2以上の位置に、貼付してもよい。一般的に、湾曲部の曲率半径が小さい内周側において、正極板の切断及び亀裂が生じやすいので、粘着テープは、少なくとも正極板の内周側の湾曲部に貼付することが望ましい。
なお、正極板の前記外面の粘着テープが貼付されている位置と対応する内面の位置にも粘着テープを貼付することにしてもよい。
粘着テープを構成する粘着剤としては、電池に悪影響を与えないものであれば特に限定されないが、具体的には、ブチルアクリル酸、メタアクリル酸、2−エチルヘキシル−アクリル酸共重合体等のアクリル酸系化合物、SBR等のゴム系化合物、シリコーン系化合物、エポキシ系化合物、ヒドロキノン誘導体、フェノール系化合物、芳香族アミン系化合物、ロジン系樹脂、アルキルフェノール樹脂、スチレン系樹脂等が挙げられる。
そして、前記JISのZ0237の8における伸び率が100%以下であることが好ましく、50%以下であることがさらに好ましい。
テープ基材の材料としては、電池に悪影響を与えないものであれば特に限定されないが、具体的には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリエステル、ポリスチレン等の合成樹脂が挙げられる。
本発明の電池に用いられるセパレータとしては、多孔性ポリオレフィン膜、多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、又は、リチウムイオン若しくはイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することが出来る。
電極群は、前記正極板と負極板とでセパレータを挟み、これを二枚の巻き芯で、正極板の粘着テープが貼付されている側が外周側となるように挟み、巻き芯を回転させることにより得られる。
本発明の電池に用いられる非水電解質の溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、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、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の非水溶媒が挙げられ、これらを単独、又は混合して使用することが出来る。また、適宜、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の重合剤等の添加剤を、適量含有したものでもよい。
図1は、本発明に係る非水電解質二次電池(電池)1を示す断面図である。
電池1は、銅集電体に負極合剤を塗布してなる負極板3、及びAl集電体に正極合剤を塗布してなる正極板4がセパレータ5を介して巻回された扁平巻状の電極群(電極エレメント)2と、非水電解液とを電池ケース6に収容してなる、高さ37mm、幅35mm、厚み略5.5mmの角型の電池である。電池ケース6には、安全弁8及び負極端子9を備えた電池蓋7がレーザー溶接によって取り付けられている。また、負極端子9は負極リード10を介して負極板3と接続され、正極板4は電池ケース6の側壁内面と接触して電気的に接続されている。正極板4の最内周側の頂点4bを中心とする湾曲部4a全体には、後述する粘着テープ43が貼付されている。
正極板4は、以下のようにして作製した。
正極活物質として平均粒子径が3μmであるLiCoO2 粒子、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)、及びバインダとしてのPVDFを、LiCoO2 /AB/PVDF=94/3/3(質量部)となるように混合して正極合剤とし、これをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させることにより正極ペーストを調整した。
この正極ペーストを、NMPを除いた正極合剤の質量が片面につき0.020g/cm2 となるように、ドクターブレードを用いて、厚み15μmのAl箔の集電体41の両面に均一に塗布した後、150℃で1時間の乾燥を行った。そして、室温にて厚みが130μmとなるように極板をプレスし、極板の幅が30mmとなるように切断し、集電体41の両面に、合剤層42,42が形成された正極板4を得た。
負極活物質としてのグラファイト(黒鉛)、及びバインダとしてのPVDFを質量比で90:10となるように混合して負極合剤とし、これにNMPを適量加えて分散させ、負極ペーストを得た。
この負極ペーストを、NMPを除いた負極合剤の質量が片面につき0.0095g/cm2 となるように、ドクターブレードを用いて、厚み10μmの銅箔集電体の両面に均一に塗布した後、150℃で1時間の乾燥を行った。そして、室温にて厚みが145μmとなるように極板をプレスし、極板の幅が31mmとなるように切断し、負極板3を得た。
粘着テープ43を、正極板4を巻回するときに内面となる方の面に貼付したこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
正極板4に粘着テープ43を貼付せず、あとは実施例1と同様にして電池を作製した。
一方、粘着テープ43を正極板4の内面に貼付した比較例1の場合、正極板4は、その全てが切断しており、粘着テープ43を貼付しなかった比較例2より劣る結果となった。
以上の結果より、正極板4の亀裂防止効果が奏されるためには、粘着テープ43を少なくとも正極板4の外面に貼付する必要があることが分かる。
電極群2の巻回時には、正極板4が鋭角に折れ曲がり、この折れ曲がった部分において、正極板4の外面には引っ張りの力が、内面には圧縮の力がかかる。
実施例1の場合、正極板4の内面に粘着テープ43は貼付されておらず、合剤は若干、内周側へ膨出する。そして、正極板4の外面に働く引っ張りの力による正極板4の亀裂及び切断は、粘着テープ43の貼付により抑制されている。
従って、本発明においては、従来、正極板の切断又は亀裂が生じやすかった、高密度に充填して硬い正極板を電池の構成部材として用いることが出来るので、高エネルギー密度の電池を容易に、問題なく作製することが出来る。
上述したように、正極板4の外面に粘着テープ43を貼付した場合、この粘着テープ43が貼付された位置に対応させて、内面にも粘着テープ43を貼付することは可能である。
図4は、電極群2の正極板4の3カ所に粘着テープ43,43,43を貼付した場合を示す側面図である。
電極群2においては、正極板4の外面の最内周側の湾曲部4a、次の湾曲部4c、さらに次の湾曲部4dの3カ所に、粘着テープ43,43,43が貼付されている。これにより、正極板4の湾曲部4c,4dの切断及び亀裂の発生も防止されている。
また、本発明は、正極板4のさらに他の部分に粘着テープ43を貼付することを妨げるものではない。
さらに、電池を構成する部材は実施例において説明したものには限定されない。
2 電極群
3 負極板
4 正極板
4a、4c、4d 湾曲部
4b 頂点
41 集電体
42 合剤層
43 粘着テープ
43a 基材
43b 粘着層
5 セパレータ
6 電池ケース
7 ケース蓋
8 安全弁
9 負極端子
10 負極リード
Claims (3)
- 正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなる電極群を備える非水電解質二次電池において、
前記電極群の少なくとも内周側の湾曲部で、前記正極板の少なくとも外面の、少なくとも湾曲部の頂点を含む部分に、絶縁性の粘着テープを貼付してあることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 前記電極群の最内周側湾曲部で、前記正極板の少なくとも外面の、少なくとも湾曲部の頂点を含む部分に、絶縁性の粘着テープを貼付してあることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記電極群は、側面視の形状が長円状であるように巻回されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池。
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