JP2010055790A

JP2010055790A - リチウムイオン二次電池

Info

Publication number: JP2010055790A
Application number: JP2008216588A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-03-11

Abstract

【課題】外力によって発生するショートに関して安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂと、内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部２ｃの両面すべてを絶縁テープ７で覆う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極活物質未塗布部が絶縁体に覆われたリチウムイオン二次電池に関するものである。

近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラなどの小型電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池が普及している。

現在では技術の進歩と共に小型機器がより高性能になり、リチウムイオン二次電池はより高容量化が求められている。また、リチウムイオン二次電池の普及により世界中の多くの人が使用する機会が増えているため、安全性に対し、より信頼性の高い電池の供給が求められている。

正極電極及び負極電極にセパレータを介して巻回してリチウムイオン二次電池を作製する場合、帯状の電極は、所要の長さだけ連続して切断される。その電極は、電極活物質の塗布されていない部分で切断されているため、巻回したときに素子の内側と外側になる部分には電極活物質を有しない箔の部分が存在する。

図３は、従来のリチウムイオン二次電池素子の構造を示す模式図である。リチウムイオン二次電池素子には、正極及び負極の電極が存在し、一方の電極には、内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部２ｃが存在し、内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部２ｂに導電接続用の内側タブ３が接続されている。また、もう一方の電極には、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂが存在し、外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃに導電接続用の外側タブ５が接続されている。一方の電極ともう一方の電極はセパレータ４で介されることによって絶縁されている。

図４は、従来の導電接続用のタブを外側に有する電極の切断位置を示す模式図である。帯状の電極には、予め外側タブ５が、外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃに溶接されており、所要の長さだけ切断される。切断される位置は電極活物質未塗布部であるため、電極の両端は、いずれも電極活物質未塗布部となっている。

図５は、導電接続用のタブを外側に有し電極活物質塗布端に絶縁テープを貼付した電極の切断位置を示す模式図である。電極活物質塗布端に絶縁テープ７を貼付した以外は図４と同じ構成である。絶縁テープ７は、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂ及び外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃの両面を一部だけ覆っている。

これは電池の信頼性を高めるために行われており、正極と負極とのショートを防止するためには電極活物質塗布端にテープ状の絶縁フィルムを貼付することが有効であることが特許文献１に記載されている。

特開２００７−３１１２６５号公報

図３において外力等により外周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部１ａと内周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部２ａの間でショートが発生した場合と、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂと内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部２ｂの間でショートが発生した場合とでは、後者の方の電流が流れ易い。このため、電池が１０ｍｍ以上凹むような衝撃を受けると、セパレータ４による絶縁ができず、後者の場合、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂと内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部２ｂの間がショートし、電池自体が１００℃以上になる可能性がある。

また、電池素子を巻回する際に外周部近傍にタブを有する電極は、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂの端で切断されるが、セパレータ４を１枚だけ介して反電位の電極が存在するため、ショートに関して、切断時におけるバリの管理が重要であり、かつ煩雑である。

例えば、セパレータの厚みが２０μｍの場合にショートを防ぐためには、安全を期する上で切断バリの大きさをセパレータ厚の半分である１０μｍ以下にしなければならず、電極切断カッターの摩耗管理及び電極切断カッター交換時の噛み合わせに多大な時間を要する。

本発明では、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部を保護すること、及び切断バリについての問題を解決することが重要である。

すなわち、本発明の技術的課題は、外力によって発生するショートに関して安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することにある。

本発明のリチウムイオン二次電池は、帯状の正極となる電極と負極となる電極を、セパレータを介して巻回した電池素子を有するリチウムイオン二次電池において、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と、内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部の両面すべてを絶縁体で覆うことを特徴とする。

本発明のリチウムイオン二次電池は、外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部と、内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部のうち、それぞれの電極の端部の両面を前記絶縁体で覆うことを特徴とする。

本発明のリチウムイオン二次電池は、前記絶縁体が絶縁テープであることを特徴とする。

本発明のリチウムイオン二次電池は、帯状の電極を切断する際に、電極活物質の塗布端から電極切断位置までの間に導電接続用の前記タブが存在しない範囲において、前記電極活物質の塗布端から前記電極切断位置を越えるところまでの両面すべてを覆った前記絶縁体と共に前記電極活物質未塗布部を切断して形成されることを特徴とする。

本発明によれば、外力によって発生するショートに関して安全性の高いリチウムイオン二次電池が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるリチウムイオン二次電池素子の構造を示す模式図である。リチウムイオン二次電池における素子の構造は、内側に導電接続用の内側タブ３を有する電極と、外側に導電接続用の外側タブ５を有する電極があり、両電極の間にはセパレータ４が存在する。両電極にはそれぞれ外周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部１ａと内周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部２ａ、及び電極活物質を塗布していない部分がある。電極活物質塗布端は両電極ともセパレータ４を介してほぼ同じ位置にある。

外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部１ｂと内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部２ｃの両面すべてが絶縁テープ７で覆われている。さらに、外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃと内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部２ｂが、電極の端部の両面に絶縁テープ７で覆われている。

図２は、本発明による導電接続用のタブを外側に有する電極の切断位置を示す模式図である。この電極は、電極切断カッター６により電極活物質未塗布部で切断されるが、本発明においては、予め貼付した絶縁テープ７とともに切断する。つまり、電極活物質の塗布端から電極切断位置までの間に外側タブ５がない範囲において、電極活物質の塗布端から電極切断位置を越えるところまで絶縁テープ７を貼付しておき、絶縁テープ７とともに電極活物質未塗布部を切断する。絶縁テープ７とともに切断することで、電極切断後、外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃの一部に絶縁テープが残ることになる。外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部１ｃの一部に残る絶縁テープ７の長さは、電極の端部から外側タブ５に達しない位置までが、電極と外側タブ５の接続信頼性上好ましい。

本発明で使用する絶縁テープは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂性のテープであるのが好ましい。厚さは１０μｍ以上、１００μｍ以下であるのが設計上好ましい。また、絶縁テープの替わりに絶縁性の樹脂を塗布することも可能である。厚さは同様に１μｍ以上、１００μｍ以下であるのが設計上好ましい。

外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部を絶縁テープで両面すべてを覆うことにより、外力によるショートを防ぎ、リチウムイオン二次電池の信頼性を高めることができる。

また、電極切断バリの管理においても、電極活物質未塗布部のみの切断に比べて、絶縁テープとともに切断した方が、バリの発生が抑えられる。電極活物質未塗布部は、両面が絶縁テープで覆われているので、電極切断カッターの摩耗管理及び電極切断カッターの交換時の噛み合わせ調整に不具合があったとしても、発生する切断バリは、電極活物質未塗布部の金属箔ではなく絶縁テープのテープバリである。このテープバリは不導体であるので、電気的なショートには至らない。

従って、電極切断カッターの摩耗管理及び電極切断カッターの交換時の噛み合わせ調整は容易になり、品質的に安定した切断状態を確保し続けることが可能になる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して詳述する。

図１において、電極の端部は正極、負極ともに電極活物質未塗布部であった。電極の端部から電極活物質塗布端部までの間に導電接続用のタブがないところにおいては、電極活物質未塗布部に絶縁テープ７を両面のすべてに貼付した。一方導電接続用のタブがあるところにおいては、絶縁テープ７を両面の一部に、すなわち電極の端部と電極活物質塗布端部に貼付した。

絶縁テープには、厚さ１４μｍのポリプロピレン（ＰＰ）を使用した。セパレータの厚さは１６μｍであった。外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部は正極集電体であり、厚さ１５μｍのアルミ箔を、外側タブにはアルミ製のタブを使用した。内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部は負極集電体であり、厚さ８μｍの銅箔を、内側タブにはニッケル製のタブを使用した。

絶縁テープを電極に貼付後、正極及び負極を切断し、正極にはアルミタブを、負極にはニッケルタブを溶接した。正極及び負極を、セパレータを介して巻回した後に缶ケースに収納して、リチウムイオン二次電池を作製した。

外力により外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部の間で、又は外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部と内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部の間でショートが発生するには、セパレータの他に、絶縁テープを貫通する外力が働く必要があり、従来のセパレータだけの貫通に比べて絶縁が強化され、高い安全性を有していることが確認できた。

電極切断バリの管理においても、電極活物質未塗布部だけの切断に比べて、電極切断箇所には、両面に絶縁テープが覆われているので、金属バリの発生が抑えられ、電極切断カッターの摩耗管理及び電極切断カッター交換時の噛み合わせ調整が容易になり、品質的に安定した切断状態を確保し続けることが可能になった。

これより、外力によって発生するショートに関して安全性の高いリチウムイオン二次電池が得られることが確認できた。

本発明によるリチウムイオン二次電池素子の構造を示す模式図。本発明による導電接続用のタブを外側に有する電極の切断位置を示す模式図。従来のリチウムイオン二次電池素子の構造を示す模式図。従来の導電接続用のタブを外側に有する電極の切断位置を示す模式図。導電接続用のタブを外側に有し電極活物質塗布端に絶縁テープを貼付した電極の切断位置を示す模式図。

符号の説明

１ａ外周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部
１ｂ外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部
１ｃ外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部
２ａ内周部近傍にタブを有する電極の電極活物質塗布部
２ｂ内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部
２ｃ内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部
３内側タブ
４セパレータ
５外側タブ
６電極切断カッター
７絶縁テープ

Claims

帯状の正極となる電極と負極となる電極を、セパレータを介して巻回した電池素子を有するリチウムイオン二次電池において、外周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部と、内周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部の両面すべてを絶縁体で覆うことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
外周部近傍にタブを有する電極の外側に位置する電極活物質未塗布部と、内周部近傍にタブを有する電極の内側に位置する電極活物質未塗布部のうち、それぞれの電極の端部の両面を前記絶縁体で覆うことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
前記絶縁体が絶縁テープであることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池。
帯状の電極を切断する際に、電極活物質の塗布端から電極切断位置までの間に導電接続用の前記タブが存在しない範囲において、前記電極活物質の塗布端から前記電極切断位置を越えるところまでの両面すべてを覆った前記絶縁体と共に前記電極活物質未塗布部を切断して形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。