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JP2014071987A - Cylindrical lithium-ion secondary battery - Google Patents

Cylindrical lithium-ion secondary battery Download PDF

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JP2014071987A
JP2014071987A JP2012215896A JP2012215896A JP2014071987A JP 2014071987 A JP2014071987 A JP 2014071987A JP 2012215896 A JP2012215896 A JP 2012215896A JP 2012215896 A JP2012215896 A JP 2012215896A JP 2014071987 A JP2014071987 A JP 2014071987A
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JP
Japan
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negative electrode
case
lead
current collector
battery
Prior art date
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Application number
JP2012215896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoko Sano
陽子 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
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Abstract

【課題】外径が8.0mm以下の小径の電池において、量産性の高い高容量の円筒形リチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】正極と、負極とを、正極と負極の間に配するセパレータを介して、対向配置させ巻回してなる電極群が、非水電解液とともにケースに収納され、ガスケットと、封口板により封止された円筒形リチウムイオン二次電池であり、ケースは、外径が8.0mm以下であり、電極群は負極が最外周に配置され、負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に形成されかつ合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層と、負極リードとを備え、負極リードは、負極リード端部と負極集電体の最外周端部においてプラズマ溶接されており、電極群の最外周に配置され、かつ電極群とケースとが対向する範囲に配置され、ケース内面と溶接されておらず、接触により電気的に接続していることを特徴とする円筒形リチウムイオン二次電池。
【選択図】図1
The present invention provides a high capacity cylindrical lithium ion secondary battery with high mass productivity in a small diameter battery having an outer diameter of 8.0 mm or less.
An electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound so as to face each other through a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode is housed in a case together with a non-aqueous electrolyte, a gasket, and a sealing plate The case has an outer diameter of 8.0 mm or less, the electrode group has a negative electrode disposed on the outermost periphery, and the negative electrode includes a negative electrode current collector, a negative electrode current collector, and a negative electrode current collector. A negative electrode active material layer formed on the surface of an electric conductor and containing an alloy-based negative electrode active material, and a negative electrode lead, the negative electrode lead being plasma at the negative electrode lead end and the outermost peripheral end of the negative electrode current collector It is welded, arranged on the outermost periphery of the electrode group, arranged in a range where the electrode group and the case face each other, not welded to the inner surface of the case, and electrically connected by contact Cylindrical lithium ion secondary battery.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電池径が小さい円筒形リチウムイオン二次電池に関し、より詳しくは、円筒形リチウムイオン二次電池の負極の集電方式に関する。   The present invention relates to a cylindrical lithium ion secondary battery having a small battery diameter, and more particularly to a current collecting system for a negative electrode of a cylindrical lithium ion secondary battery.

電池を用いた機器の応用範囲は拡大しており、特に、リチウムイオン電池は軽量、高容量、高出力であるため、パソコンや携帯電話、携帯型電子機器の駆動用電源として広く用いられている。これらの機器としては従来、直径が20mm程度、高さが50mm程度のものが広く用いられている。   The range of application of battery-based devices is expanding. In particular, lithium-ion batteries are widely used as power sources for driving personal computers, mobile phones, and portable electronic devices because of their light weight, high capacity, and high output. . Conventionally, devices having a diameter of about 20 mm and a height of about 50 mm have been widely used.

近年は、さらに携帯型電子機器の小型化や、眼鏡や補聴器などの高機能化に伴い、小型で高容量、高出力な電源が求められている。特に、眼鏡や補聴器などの使用においては、人の生活において、長時間、身に着ける場合があり、特に軽量で小型、高容量の電源が要望されている。具体的なサイズは、直径が3〜8mm程度、高さが20〜50mm程度である。高容量化としては、従来から広く用いられている黒鉛よりも高容量である合金系活物質の開発が行われている。   In recent years, along with further downsizing of portable electronic devices and higher functions of glasses, hearing aids, and the like, there has been a demand for power supplies with small size, high capacity, and high output. In particular, when glasses or hearing aids are used, they may be worn for a long time in human life. In particular, there is a demand for a lightweight, compact, and high-capacity power source. The specific size is about 3 to 8 mm in diameter and about 20 to 50 mm in height. In order to increase the capacity, an alloy-based active material having a capacity higher than that of graphite that has been widely used has been developed.

小径の電池では、電極群の中心に溶接棒を挿入することが困難なため、ケース底部でのリードとの溶接ができない。   In a small-diameter battery, it is difficult to insert a welding rod into the center of the electrode group, so welding with the lead at the bottom of the case is not possible.

リードを用いず、ケースと極板を圧接触することにより電極と電気的に接続することが記載されている(例えば、特許文献1参照)。   It describes that the case and the electrode plate are brought into electrical contact with each other by pressure contact without using a lead (see, for example, Patent Document 1).

また、ケースの側面や底面でリードと溶接することにより電極と電気的に接続することが記載されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。   Moreover, it describes that it electrically connects with an electrode by welding with a lead | read | reed on the side surface and bottom face of a case (for example, refer patent document 2, patent document 3).

合金系活物質については、リチウムイオン電池の負極として、珪素、珪素酸化物等の珪素系活物質が代表的である。   As for the alloy-based active material, silicon-based active materials such as silicon and silicon oxide are typical as negative electrodes of lithium ion batteries.

合金系活物質を含有する負極は、一般的には、負極集電体と、負極集電体表面に気相法により形成される合金系活物質の薄膜(以下において「薄膜状負極活物質層」とする)と、を備える。   A negative electrode containing an alloy-based active material generally includes a negative electrode current collector and a thin film of an alloy-based active material formed on the surface of the negative electrode current collector by a vapor phase method (hereinafter referred to as a “thin film-like negative electrode active material layer”). “)”.

従来の負極は、活物質層が形成されていない集電体露出部を設け、抵抗溶接や超音波溶接によりリードが溶接される。集電体露出部は、集電体表面に活物質層を形成の際に、部分的に活物質層を形成しない、又は集電体表面に活物質層を形成した後、活物質層の一部を除去することにより形成される。   A conventional negative electrode is provided with a current collector exposed portion where no active material layer is formed, and a lead is welded by resistance welding or ultrasonic welding. When the active material layer is formed on the surface of the current collector, the exposed portion of the current collector does not partially form the active material layer, or after forming the active material layer on the current collector surface, It is formed by removing the part.

合金系活物質を含有する負極は、薄膜状負極活物質層の形成時において、マスク層を形成することで集電体露出部を設けることが可能であるが、マスク層の形成、マスク層の除去等、余分な作業が必要になる。   The negative electrode containing an alloy-based active material can be provided with a current collector exposed portion by forming a mask layer when forming a thin film negative electrode active material layer. Extra work such as removal is required.

また、薄膜状負極活物質層の形成後に、部分的に除去して集電体露出部を形成することが考えられるが、特に、珪素系活物質の合金系薄膜はガラス質であり、高い機械的強度を有し、集電体表面に強力に固着していることから、部分的な除去は非常に困難である。   In addition, it is conceivable that after the formation of the thin-film negative electrode active material layer, it is partially removed to form the current collector exposed portion. In particular, the alloy-based thin film of the silicon-based active material is vitreous and has high mechanical properties. Partial removal is very difficult because it has high strength and is firmly attached to the current collector surface.

集電体露出部を設けず、負極集電体と負極リードとを合金層により接合することが、記
載されている(例えば、特許文献2参照)。
It describes that a negative electrode current collector and a negative electrode lead are joined by an alloy layer without providing a current collector exposed portion (see, for example, Patent Document 2).

特開2005−85556号公報JP 2005-85556 A 国際公開第2010/041399号International Publication No. 2010/041399 実開平02−57561号公報Japanese Utility Model Publication No. 02-57561

特許文献1に記載のようにリードを用いずに、電極とケースを圧接触させるためには、集電体露出部を備える正極を用いることができるが、正極を最外周にした場合、高容量化が困難である。負極をケースと圧接触させる場合、合金系活物質を含有する負極は、集電体露出部を設けることが非常に困難である。また、薄膜状負極活物質層とケースを圧接触させると、薄膜状負極活物質層が比較的高い電気抵抗を有しているため十分な電気伝導性を確保できない。   In order to bring the electrode and the case into pressure contact without using a lead as described in Patent Document 1, a positive electrode having a current collector exposed portion can be used. Is difficult. When the negative electrode is brought into pressure contact with the case, it is very difficult to provide the current collector exposed portion of the negative electrode containing the alloy-based active material. In addition, when the thin film negative electrode active material layer and the case are brought into pressure contact, the thin film negative electrode active material layer has a relatively high electric resistance, so that sufficient electric conductivity cannot be ensured.

特許文献2に記載のように、負極集電体と負極リードとを合金層により接合した場合、大径の電池では、リードを電池ケース底に溶接することが可能であるが、小径の電池では、電極群の中心に溶接棒を挿入することが困難なため、ケース底部でのリードとの溶接ができない。   As described in Patent Document 2, when the negative electrode current collector and the negative electrode lead are joined by an alloy layer, the lead can be welded to the bottom of the battery case in a large-diameter battery, but in a small-diameter battery, Since it is difficult to insert a welding rod into the center of the electrode group, welding with the lead at the bottom of the case is impossible.

特許文献3に記載のようにリードをケース側面で溶接するためには、溶接棒をケース内に挿入するための空間が必要になり、高容量化に対し不利である。また、小径の電池では、高容量化のために厚みの薄いケースを用いている。さらに、ケース内が小さい曲率半径であるため、リードの幅を小さくする必要がある。ケース内に電極群を挿入する際に、リードがケースと電極群の間で反発しないようにするためである。そのため、溶接可能な面積が非常に小さく、ケースの穴あきや溶接時の溶融物の飛散が発生する可能性がある。   In order to weld the lead on the side surface of the case as described in Patent Document 3, a space for inserting the welding rod into the case is required, which is disadvantageous for increasing the capacity. In addition, in a small-diameter battery, a thin case is used to increase the capacity. Furthermore, since the inside of the case has a small radius of curvature, the lead width must be reduced. This is because the lead does not repel between the case and the electrode group when the electrode group is inserted into the case. Therefore, the weldable area is very small, and there is a possibility that the case is perforated or the molten material is scattered during welding.

そこで本発明は、小径の電池において、量産性の高い高容量の円筒形リチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-capacity cylindrical lithium ion secondary battery with high productivity in a small-diameter battery.

上記課題を解決するために、本発明は、正極と、負極と、正極と負極の間に配するセパレータを介して、対向配置させ巻回してなる電極群が、非水電解液とともにケースに収納され、ガスケットと、封口板により封止された円筒形リチウムイオン二次電池であり、ケースは、外径が10mm以下であり、電極群は、負極が最外周に配置され、負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に形成され、かつ合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層と、負極リードとを備え、負極リードは、負極リード端部と負極集電体の最外周端部においてプラズマ溶接されており、電極群の最外周に配置され、かつ電極群とケースとが対向する範囲に配置され、ケース内面と溶接されておらず、接触により電気的に接続していることを特徴とする円筒形リチウムイオン二次電池である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrode group formed by facing and winding a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode in a case together with a non-aqueous electrolyte. A cylindrical lithium ion secondary battery sealed with a gasket and a sealing plate, the case has an outer diameter of 10 mm or less, the electrode group has a negative electrode disposed on the outermost periphery, and the negative electrode is a negative electrode collector A negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector and containing an alloy-based negative electrode active material; and a negative electrode lead. The negative electrode lead includes a negative electrode lead end and a negative electrode current collector. Plasma welded at the outermost edge of the electrode group, arranged on the outermost circumference of the electrode group, and arranged in a range where the electrode group and the case face each other, not welded to the case inner surface, and electrically connected by contact Cylindrical shape characterized by Lithium-ion is a secondary battery.

本発明の円筒形リチウムイオン二次電池は、合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層を備えた負極を用いているため高容量である。   The cylindrical lithium ion secondary battery of the present invention has a high capacity because it uses a negative electrode provided with a thin-film negative electrode active material layer containing an alloy-based negative electrode active material.

また、リードは負極とケースとが対向する範囲に配置されており、負極リードとケースとの溶接が不要である。そのため、ケース内に溶接棒を挿入するための空間を設ける必要がない。   Further, the lead is disposed in a range where the negative electrode and the case face each other, and welding of the negative electrode lead and the case is unnecessary. Therefore, it is not necessary to provide a space for inserting the welding rod in the case.

さらに、負極リードとケースとの溶接が不要であるため、溶接時のケースの穴あきの発生を回避できる。またさらに、小径のケース内に非常に細いリードを溶接するプロセスを省略できる。   Furthermore, since it is not necessary to weld the negative electrode lead to the case, it is possible to avoid occurrence of a hole in the case during welding. Furthermore, the process of welding very thin leads in a small diameter case can be omitted.

本発明は、外径が10mm以下の小径の電池において、負極リードとケースとの溶接が不要であるため、量産性が高い。また、合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層を備えるとともに、ケース開口部側での負極リードを溶接するための空間が不要であるため、高容量である。   Since the present invention does not require welding between the negative electrode lead and the case in a small-sized battery having an outer diameter of 10 mm or less, the mass productivity is high. Moreover, since it has the thin film-form negative electrode active material layer containing an alloy type negative electrode active material, and the space for welding the negative electrode lead by the case opening part side is unnecessary, it is high capacity | capacitance.

本発明の一実施の形態に係る円筒形リチウムイオン二次電池の概略縦断面図1 is a schematic longitudinal sectional view of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 比較例の円筒形リチウムイオン二次電池の概略縦断面図Schematic longitudinal sectional view of a cylindrical lithium ion secondary battery of a comparative example 本発明の一実施の形態に係る正極板の平面図The top view of the positive electrode plate which concerns on one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態に係る負極の平面図The top view of the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention 比較例の負極(負極リード溶接面)の平面図Plan view of negative electrode (negative electrode lead welding surface) of comparative example 比較例の負極(負極リード溶接裏面)の平面図Plan view of negative electrode (back surface of negative electrode lead weld) of comparative example

本発明は、正極と、負極と、正極と負極の間に配するセパレータを介して、対向配置させ巻回してなる電極群が、非水電解液とともにケースに収納され、ガスケットと、封口板により封止された円筒形リチウムイオン二次電池であり、ケースは、外径が10mm以下であり、電極群は、負極が最外周に配置され、負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に形成されかつ合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層と、負極リードとを備え、負極リードは、負極リード端部と負極集電体の最外周端部においてプラズマ溶接されており、電極群の最外周に配置され、かつ電極群とケースとが対向する範囲に配置され、ケース内面と溶接されておらず、接触により電気的に接続していることを特徴とする円筒形リチウムイオン二次電池である。   In the present invention, a positive electrode, a negative electrode, and an electrode group that is wound while being opposed to each other through a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode are accommodated in a case together with a non-aqueous electrolyte, and a gasket and a sealing plate It is a sealed cylindrical lithium ion secondary battery, the case has an outer diameter of 10 mm or less, the electrode group has a negative electrode disposed on the outermost periphery, and the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode current collector The negative electrode lead is formed by plasma welding at the negative electrode lead end and the outermost peripheral end of the negative electrode current collector. The cylinder is disposed on the outermost periphery of the electrode group and is disposed in a range where the electrode group and the case face each other, and is not welded to the inner surface of the case and is electrically connected by contact. Type lithium ion secondary battery

合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層を備えるため、高容量である。   Since the thin-film negative electrode active material layer containing the alloy-based negative electrode active material is provided, the capacity is high.

負極リードが負極リード端部と負極集電体の最外周端部においてプラズマ溶接により接合されることにより、集電体露出部分を設ける必要が無いため、量産性が高い。   Since the negative electrode lead is joined by plasma welding at the end portion of the negative electrode lead and the outermost peripheral end portion of the negative electrode current collector, there is no need to provide an exposed portion of the current collector, so that mass productivity is high.

負極リードとケースとは接触により電気的に接続するため、溶接する場合に必要であるケース内の空間が不要となるため、高容量である。   Since the negative electrode lead and the case are electrically connected by contact, a space in the case, which is necessary for welding, becomes unnecessary, and the capacity is high.

また、負極リードとケースとの溶接が不要であるため、溶接時のケースの穴あきの可能性を回避でき、小径のケース内に非常に細いリードを溶接するプロセスを省略できるため量産性が高い。   Further, since there is no need to weld the negative electrode lead to the case, the possibility of drilling the case at the time of welding can be avoided, and the process of welding a very thin lead in a small-diameter case can be omitted, resulting in high mass productivity.

電池の高さ方向に対する垂直方向の断面において、電極群とその周囲に配置された負極リードの部分(以下、負極リード接続の電極群と記載する)の断面積は、ケース内の断面積よりも小さい必要がある。ケース内の断面積に対し、負極リード接続の電極群が小さいほどケース内への挿入は安定する。反面、容量が低下する。   In the cross section in the direction perpendicular to the height direction of the battery, the cross-sectional area of the electrode group and the portion of the negative electrode lead arranged around the electrode group (hereinafter referred to as the electrode group of the negative electrode lead connection) is larger than the cross-sectional area in the case Need to be small. The smaller the electrode group connected to the negative electrode lead with respect to the cross-sectional area in the case, the more stable the insertion into the case. On the other hand, the capacity decreases.

負極リードの形状は特に限定されないが、加工が容易なことから四角形が好ましい。四角形の場合、電池の高さ方向に対する垂直方向の断面において、負極リードのプラズマ溶接された辺(電池高さ方向)の長さは、負極リード接続の電極群の断面積に影響しないが、プラズマ溶接された辺の他方の辺(電池高さ方向と垂直の方向)の長さは影響する。す
なわち、負極リードの電池高さ方向の長さはケース内への挿入や電池設計容量に影響しないが、電池高さ方向と垂直の方向の長さは影響する。
The shape of the negative electrode lead is not particularly limited, but is preferably quadrangular because it is easy to process. In the case of a quadrilateral, the length of the plasma-welded side of the negative electrode lead (battery height direction) in the cross section perpendicular to the height direction of the battery does not affect the cross-sectional area of the electrode group connected to the negative electrode lead. The length of the other side of the welded side (direction perpendicular to the battery height direction) affects. That is, the length of the negative electrode lead in the battery height direction does not affect the insertion into the case or the battery design capacity, but the length in the direction perpendicular to the battery height direction affects.

プラズマ溶接された辺の長さが、1.5mm以上、負極の電池高さ方向の長さ以下であると、負極との溶接強度が確保でき、ケースとの接触による導電性を確保できるため好ましい。1.5mm未満では、負極との溶接強度が不十分になる可能性があるため好ましくなく、負極の電池高さ方向の長さを超えると、負極に重ならない部分が正極部材と接触し、短絡する原因となる可能性があるため好ましくない。   When the length of the plasma welded side is 1.5 mm or more and not more than the length of the negative electrode in the battery height direction, it is preferable because the welding strength with the negative electrode can be secured and the conductivity by contact with the case can be secured. . If it is less than 1.5 mm, the welding strength with the negative electrode may be insufficient, which is not preferable. If the length of the negative electrode in the battery height direction is exceeded, the portion that does not overlap the negative electrode comes into contact with the positive electrode member, causing a short circuit. This is not preferable because it may cause

負極リードは、プラズマ溶接された辺の他方の辺がケース内径円周長さの1/3以上、3/4以下であると負極リード接続の電極群の断面積増大による容量減少の影響を抑制でき、ケースとの接触による導電性を確保できるため好ましい。1/3未満では、ケースとの接触による導電性が不十分になる可能性があるため好ましくなく、3/4を超えると、負極リード接続の電極群の断面積が増加するため、ケースへの挿入が困難になる、または安定に挿入するために電極群を小径化すると容量が減少するため好ましくない。   The negative electrode lead suppresses the effect of capacity reduction due to an increase in the cross-sectional area of the electrode group connected to the negative electrode lead when the other side of the plasma-welded side is not less than 1/3 and not more than 3/4 of the circumference of the case inner diameter. It is preferable because it can ensure conductivity by contact with the case. If it is less than 1/3, there is a possibility that the conductivity due to contact with the case may be insufficient. If it exceeds 3/4, the cross-sectional area of the electrode group of the negative electrode lead connection increases. It is not preferable to reduce the diameter of the electrode group in order to make insertion difficult or to insert stably, because the capacity decreases.

電池の公称容量は、5mAh以上、100mAh以下が好ましい。電極面積が確保でき、負極とリードとを安定に溶接することができるため好ましい。また、充放電時においてケースとリードの接触による十分な導電性が得られるため好ましい。公称容量が5mAh未満では負極極板の面積に対し、負極リードの面積が大きくなり、負極とリードの溶接が困難になる可能性があるため好ましくない。また、100mAhを超えると、1.0Itを越える放電の際にケースとの接触による導電性が不十分になる可能性があるため好ましくない。   The nominal capacity of the battery is preferably 5 mAh or more and 100 mAh or less. This is preferable because the electrode area can be secured and the negative electrode and the lead can be stably welded. Moreover, since sufficient electroconductivity by contact of a case and a lead is obtained at the time of charging / discharging, it is preferable. If the nominal capacity is less than 5 mAh, the area of the negative electrode lead is larger than the area of the negative electrode plate, which may make it difficult to weld the negative electrode and the lead. On the other hand, if it exceeds 100 mAh, the conductivity due to contact with the case may be insufficient during discharge exceeding 1.0 It, which is not preferable.

以下、本発明に係る電池の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of a battery according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、本発明の円筒形リチウムイオン二次電池10は、有底円筒形のケース11、ケース11内に収容された電極群12、およびケース11を封止する封口板14、ガスケット13、上部リング18を備えている。   As shown in FIG. 1, a cylindrical lithium ion secondary battery 10 of the present invention includes a bottomed cylindrical case 11, an electrode group 12 accommodated in the case 11, and a sealing plate 14 that seals the case 11. A gasket 13 and an upper ring 18 are provided.

電極群12は、負極15と、正極16と、負極15と正極16との間を隔離するセパレータ17とを備えている。この電極群12には非水電解質が接触している。   The electrode group 12 includes a negative electrode 15, a positive electrode 16, and a separator 17 that separates the negative electrode 15 from the positive electrode 16. The electrode group 12 is in contact with a nonaqueous electrolyte.

正極リード161は封口板14と電気的に接続されている。   The positive electrode lead 161 is electrically connected to the sealing plate 14.

負極リード151はケース11と接触により電気的に接続されている。   The negative electrode lead 151 is electrically connected to the case 11 by contact.

ケース11の底面および側面の外側は外部に露出し、外部負極端子として用いられる。   The bottom of the case 11 and the outside of the side surface are exposed to the outside and used as an external negative electrode terminal.

図3に示すように、正極16は、正極集電体162、および正極集電体162の両面に形成された正極活物質層163を有し、正極リード161が電気的に接続されている。   As shown in FIG. 3, the positive electrode 16 includes a positive electrode current collector 162 and a positive electrode active material layer 163 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 162, and the positive electrode lead 161 is electrically connected.

正極16は、正極集電体の片面に形成された合剤層の厚みは30μm以上、90μm以下が好ましく、30μm以上、70μm以下がさらに好ましい。また、正極16の総厚みは、80μm以上、180μm以下が好ましい。   In the positive electrode 16, the thickness of the mixture layer formed on one surface of the positive electrode current collector is preferably 30 μm or more and 90 μm or less, and more preferably 30 μm or more and 70 μm or less. The total thickness of the positive electrode 16 is preferably 80 μm or more and 180 μm or less.

正極集電体には、金属箔が用いられ、好ましくは、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔である。電池の小型化および正極集電体の強度の観点から、正極集電体は、厚み10μm以上、50μm以下が好ましい。   A metal foil is used for the positive electrode current collector, and preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil. From the viewpoint of battery size reduction and the strength of the positive electrode current collector, the positive electrode current collector preferably has a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less.

正極16に含まれる正極活物質は、リチウムイオン二次電池で使用可能な材料であればよく、特に限定されない。正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、およびマンガン酸リチウム(LiMn24)のようなリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。 The positive electrode active material contained in the positive electrode 16 may be any material that can be used in a lithium ion secondary battery, and is not particularly limited. As the positive electrode active material, for example, lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) can be used.

電池の小型化および高エネルギー密度化の観点から、正極活物質には、一般式:LixNiy1-y2(式中、Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、SbおよびBからなる群より選ばれる少なくとも一種であり、0<x≦1.2、0.5<y≦1.0)で表されるリチウム含有複合酸化物を用いるのが好ましい。 From the viewpoint of battery miniaturization and high energy density, the positive electrode active material includes a general formula: Li x Ni y M 1-y O 2 (where M is Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe). , Co, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B, at least one selected from the group consisting of 0 <x ≦ 1.2 and 0.5 <y ≦ 1.0) It is preferable to use the containing composite oxide.

また、電池の小型化および高エネルギー密度化の観点から、正極活物質には、一般式:LixNiyCoz1-y-z2(式中、Mは、Mg、Ba、Al、Ti、Sr、Ca、V、Fe、Cu、Bi、Y、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、およびWからなる群より選ばれる少なくとも一種であり、0.9≦x≦1.2、0.3≦y≦0.9、0.05≦z≦0.5、0.01≦1−y−z≦0.3)で表されるリチウム含有複合酸化物を用いるのが好ましい。 In addition, from the viewpoint of battery miniaturization and high energy density, the positive electrode active material includes a general formula: Li x Ni y Co z M 1-yz O 2 (where M is Mg, Ba, Al, Ti). , Sr, Ca, V, Fe, Cu, Bi, Y, Zr, Mo, Tc, Ru, Ta, and W, and at least 0.9 ≦ x ≦ 1.2,. 3 ≦ y ≦ 0.9, 0.05 ≦ z ≦ 0.5, 0.01 ≦ 1-yz ≦ 0.3) is preferably used.

正極結着剤としては、例えば、フッ素系樹脂、スチレン−ブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、ポリアクリル酸、またはポリフッ化ビニリデンが用いられる。   As the positive electrode binder, for example, fluorine resin, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, polyacrylic acid, or polyvinylidene fluoride is used.

正極結着剤を用いる場合、正極活物質中の正極結着剤の含有量は、正極活物質100重量部あたり1〜5重量部であるのが好ましい。   When using a positive electrode binder, the content of the positive electrode binder in the positive electrode active material is preferably 1 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the positive electrode active material.

正極導電剤としては、例えば、グラファイト類、カーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維、または導電性を有する有機材料が用いられる。   As the positive electrode conductive agent, for example, graphites, carbon blacks, carbon fibers, metal fibers, or conductive organic materials are used.

正極導電剤を用いる場合、正極活物質中の正極導電剤の含有量は、正極活物質100重量部あたり0.5重量部以上、5重量部以下であるのが好ましい。   When the positive electrode conductive agent is used, the content of the positive electrode conductive agent in the positive electrode active material is preferably 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less per 100 parts by weight of the positive electrode active material.

正極リード161の材質としては、例えば、アルミニウムを用いるのが好ましく、チタンやニッケル等の金属を用いることもできる。   As the material of the positive electrode lead 161, for example, aluminum is preferably used, and a metal such as titanium or nickel can also be used.

図4に示すように、負極15は、負極集電体(図示せず)および負極集電体(図示せず)の両面に形成された薄膜状負極活物質層153を有し、負極リード151がプラズマ溶接により接続されている。プラズマ溶接部154は、負極リード151の端部と負極集電体(図示せず)の端部が溶接されている。これにより、負極15は、負極リード151と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 4, the negative electrode 15 includes a negative electrode current collector (not shown) and a thin film negative electrode active material layer 153 formed on both surfaces of a negative electrode current collector (not shown), and a negative electrode lead 151. Are connected by plasma welding. In the plasma welded portion 154, the end portion of the negative electrode lead 151 and the end portion of the negative electrode current collector (not shown) are welded. As a result, the negative electrode 15 is electrically connected to the negative electrode lead 151.

負極15の総厚みは、40μm以上、120μm以下が好ましい。   The total thickness of the negative electrode 15 is preferably 40 μm or more and 120 μm or less.

合金系負極活物質は、容量密度が高いことから、珪素、珪素を含む合金、珪素酸化物が好ましく、特に珪素酸化物が好ましい。珪素を含む合金、珪素酸化物は、充放電の際の膨張収縮が比較的大きいが、電池が小型化するほど、膨張収縮の絶対値が小さくなるため、その影響が小さくなり、小型電池に対して好適に用いられる。   Since the alloy-based negative electrode active material has a high capacity density, silicon, an alloy containing silicon, and silicon oxide are preferable, and silicon oxide is particularly preferable. Alloys and silicon oxides containing silicon have a relatively large expansion / contraction during charging / discharging, but the smaller the battery size, the smaller the absolute value of expansion / contraction, so the effect is reduced. Are preferably used.

珪素酸化物は、SiOx(0<x<2)が好ましい。xが小さいほど活物質の容量が大きくなるが、充放電時の活物質の膨張収縮による体積変化が大きくなる。また、xが大きいほど充放電時の活物質の膨張収縮による体積変化が小さくなるが、不可逆容量が大きくなる。本発明の小型電池では、活物質の体積変化による影響が比較的小さい。よって、小
型電池での活物質の体積変化および可逆容量の観点から、0<x≦1.1が好ましい。
The silicon oxide is preferably SiOx (0 <x <2). The capacity of the active material increases as x decreases, but the volume change due to expansion and contraction of the active material during charge / discharge increases. Further, as x increases, the volume change due to expansion and contraction of the active material during charge / discharge decreases, but the irreversible capacity increases. In the small battery of this invention, the influence by the volume change of an active material is comparatively small. Therefore, 0 <x ≦ 1.1 is preferable from the viewpoint of volume change and reversible capacity of the active material in a small battery.

珪素を含む合金は、珪素と、鉄、コバルト、ニッケル、銅、およびチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素との合金が好ましい。   The alloy containing silicon is preferably an alloy of silicon and at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, copper, and titanium.

また、合金系負極活物質には、錫、錫を含む合金、錫酸化物、リチウムを含む合金を用いることができる。   In addition, as the alloy-based negative electrode active material, tin, an alloy containing tin, a tin oxide, or an alloy containing lithium can be used.

錫を含む合金は、錫と、鉄、コバルト、ニッケル、および銅からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素との合金が好ましい。   The alloy containing tin is preferably an alloy of tin and at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, and copper.

リチウムを含む合金は、リチウムと、アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素との合金が好ましい。   The alloy containing lithium is preferably an alloy of lithium and at least one element selected from the group consisting of aluminum.

錫酸化物は、SnOx(0<x<2)が好ましい。xが小さいほど活物質の容量が大きくなるが、充放電時の活物質の膨張収縮による体積変化が大きくなる。また、xが大きいほど充放電時の活物質の膨張収縮による体積変化が小さくなるが、不可逆容量が大きくなる。本発明の小型電池では、活物質の体積変化による影響が比較的小さい。よって、小型電池での活物質の体積変化および可逆容量の観点から、0<x≦1.1が好ましい。   The tin oxide is preferably SnOx (0 <x <2). The capacity of the active material increases as x decreases, but the volume change due to expansion and contraction of the active material during charge / discharge increases. Further, as x increases, the volume change due to expansion and contraction of the active material during charge / discharge decreases, but the irreversible capacity increases. In the small battery of this invention, the influence by the volume change of an active material is comparatively small. Therefore, 0 <x ≦ 1.1 is preferable from the viewpoint of volume change and reversible capacity of the active material in a small battery.

合金系負極活物質は、単独または2種以上を組み合わせて使用できる。   An alloy type negative electrode active material can be used individually or in combination of 2 or more types.

合金系負極活物質層は公知の方法で形成できる。特に、気相法により負極集電体表面に薄膜状に形成されることが好ましい。気相法には、真空蒸着法、溶融物の飛散法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、溶射法などがある。   The alloy-based negative electrode active material layer can be formed by a known method. In particular, it is preferably formed in a thin film on the surface of the negative electrode current collector by a vapor phase method. Examples of the vapor phase method include a vacuum deposition method, a melt scattering method, an ion plating method, a laser ablation method, a chemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, and a thermal spraying method.

負極集電体には、銅の金属箔が用いられる。負極集電体として銅を用いることにより、抵抗が低いため高出力が得られる。   A copper metal foil is used for the negative electrode current collector. By using copper as the negative electrode current collector, high output can be obtained because the resistance is low.

また、負極集電体の厚みは0.10mm以上、0.30mm以下が好ましく、0.15mm以上、0.25mm以下が特に好ましい。負極集電体が0.10mm以上、0.30mm以下であると、合金系負極活物質層を形成する際、集電体の強度が十分であり、また、曲げに対する反発力が十分であるため、ケース内で負極リードとケースを十分に接触させることができるため好ましい。0.10mm未満では、負極集電体の強度が不十分となるため好ましくなく、0.25mmを超えると、電極群の径の増大に寄与するため好ましくない。   The thickness of the negative electrode current collector is preferably 0.10 mm or more and 0.30 mm or less, and particularly preferably 0.15 mm or more and 0.25 mm or less. When the negative electrode current collector is 0.10 mm or more and 0.30 mm or less, the strength of the current collector is sufficient when the alloy-based negative electrode active material layer is formed, and the repulsive force against bending is sufficient. It is preferable because the negative electrode lead and the case can be brought into sufficient contact within the case. If it is less than 0.10 mm, the strength of the negative electrode current collector becomes insufficient, which is not preferable, and if it exceeds 0.25 mm, it contributes to an increase in the diameter of the electrode group, which is not preferable.

負極リード151の材質としては、銅やニッケル等の金属を用いることができる。   As a material of the negative electrode lead 151, a metal such as copper or nickel can be used.

また、負極リード151の厚みは0.05mm以上、0.15mm以下が好ましく、0.1mm以下が特に好ましい。0.05mm未満では、負極リード151の強度が不十分となるため好ましくなく、0.15mmを超えると、電極群の径の増大に寄与するため好ましくない。   The thickness of the negative electrode lead 151 is preferably 0.05 mm or more and 0.15 mm or less, and particularly preferably 0.1 mm or less. If it is less than 0.05 mm, the strength of the negative electrode lead 151 becomes insufficient, which is not preferable. If it exceeds 0.15 mm, it contributes to an increase in the diameter of the electrode group, which is not preferable.

負極集電体と負極リード151とのプラズマ溶接は、たとえば、溶接電流値、溶接速度(溶接トーチの移動速度)、溶接時間、プラズマガス、およびシールドガスの種類とその流量などの条件を適時選択して実施できる。これらの条件を選択することにより、負極集電体(図示せず)と負極リード151との接合性および導電性を制御できる。   For plasma welding of the negative electrode current collector and the negative electrode lead 151, for example, conditions such as the welding current value, welding speed (moving speed of the welding torch), welding time, plasma gas, and shielding gas type and flow rate are appropriately selected. Can be implemented. By selecting these conditions, the bondability and conductivity between the negative electrode current collector (not shown) and the negative electrode lead 151 can be controlled.

溶接電流は、例えば1A〜100Aである。溶接トーチの挿引速度は、例えば1mm/秒〜100mm/秒である。プラズマガスにはアルゴンガスなどを使用できる。プラズマガス流量は、例えば10mL/分〜10L/分である。シールドガスにはアルゴンガス、水素などを使用できる。シールドガス流量は、例えば10mL/分〜10L/分である。   The welding current is, for example, 1A to 100A. The insertion speed of the welding torch is, for example, 1 mm / second to 100 mm / second. Argon gas or the like can be used as the plasma gas. The plasma gas flow rate is, for example, 10 mL / min to 10 L / min. Argon gas, hydrogen, or the like can be used as the shielding gas. The shield gas flow rate is, for example, 10 mL / min to 10 L / min.

非水電解液は、溶質および非水溶媒を含む。   The nonaqueous electrolytic solution includes a solute and a nonaqueous solvent.

溶質は、非水溶媒に溶解する支持塩である。支持塩としては、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、テトラフルオロ硼酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiN(CF3SO22)、リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(LiN(C25SO22)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド(LiN(CF3SO2)(C25SO2))、またはリチウムトリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド(LiC(CF3SO23)が用いられる。これらを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 A solute is a supporting salt that dissolves in a non-aqueous solvent. Examples of the supporting salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis ( Trifluoromethylsulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ), lithium bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) (pentafluoro Ethylsulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )) or lithium tris (trifluoromethylsulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ) is used. These may be used alone or in combination of two or more.

非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、γ‐ブチロラクトン(γ‐BL)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、アセトアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、トリメトキシメタン、ジオキソラン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、プロピレンカーボネート誘導体、またはテトラヒドロフラン誘導体が用いられる。これらを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), 1,2-dimethoxyethane (DME), 1 , 2-diethoxyethane (DEE), γ-butyrolactone (γ-BL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, formamide, acetamide, acetonitrile, propyl nitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, trimethoxymethane, dioxolane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl Rusulfolane, a propylene carbonate derivative, or a tetrahydrofuran derivative is used. These may be used alone or in combination of two or more.

また、例えば、液状電解質、ゲル状電解質、固体状電解質(高分子固体電解質)を非水電解液として用いてもよい。   Further, for example, a liquid electrolyte, a gel electrolyte, or a solid electrolyte (polymer solid electrolyte) may be used as the non-aqueous electrolyte.

セパレータ17としては、例えば微多孔性の薄膜、織布、または不織布が用いられる。これらは、イオン透過度が大きく、適度な機械的強度および絶縁性を有することが好ましい。セパレータ17の材質としては、例えば、ポリプロピレンおよびポリエチレンのようなポリオレフィンが挙げられる。   As the separator 17, for example, a microporous thin film, a woven fabric, or a non-woven fabric is used. These have a high ion permeability and preferably have an appropriate mechanical strength and insulating property. Examples of the material of the separator 17 include polyolefin such as polypropylene and polyethylene.

特に、ポリオレフィンからなる微多孔性の薄膜は、耐久性に優れ、一定の温度に上昇すると孔が閉塞する、いわゆるシャットダウン機能を有するため、リチウムイオン電池などのリチウムイオン二次電池用のセパレータとして好適に用いられる。   In particular, a microporous thin film made of polyolefin is excellent in durability and has a so-called shutdown function that closes the pores when the temperature rises to a certain temperature. Therefore, it is suitable as a separator for lithium ion secondary batteries such as lithium ion batteries. Used for.

セパレータの厚みは、一般的に10μm以上、300μm以下であるが、好ましくは40μm以下、より好ましくは5μm以上、30μm以下である。セパレータは、1種の材料からなる単層膜でもよく、2種以上の材料からなる複合膜または多層膜でもよい。   The thickness of the separator is generally 10 μm or more and 300 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 5 μm or more and 30 μm or less. The separator may be a single layer film made of one material, or a composite film or multilayer film made of two or more materials.

ガスケット13の材質には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、パーフルオロアルコキシエチレンの共重合体が用いられる。これらを単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらを、無機繊維などのフィラーと組み合わせて用いてもよい。ガスケットは、電池の気密性を高める
ために、シール材でコーティングしてもよい。
As the material of the gasket 13, for example, a copolymer of polypropylene, polyethylene, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyamide, polyimide, polytetrafluoroethylene, liquid crystal polymer, and perfluoroalkoxyethylene is used. These may be used alone or in combination of two or more. You may use these in combination with fillers, such as an inorganic fiber. The gasket may be coated with a sealing material to increase the airtightness of the battery.

上記実施形態の電極材料および電解液の組成は特に限定されず、公知の材料および組成を適宜選択すればよい。   The composition of the electrode material and the electrolytic solution in the above embodiment is not particularly limited, and known materials and compositions may be appropriately selected.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。   Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
以下の手順に従って、図1に示す円筒形リチウムイオン二次電池10を作製した。
Example 1
The cylindrical lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 was produced according to the following procedure.

(1)正極の作製
正極活物質としてニッケル酸リチウム100重量部、導電剤としてアセチレンブラック4重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン4重量部に、分散媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加え、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを正極集電体(厚み15μm)の両面に塗布し、乾燥後、圧延して、正極(厚み0.14mm)を得た。
(1) Production of positive electrode 100 parts by weight of lithium nickelate as a positive electrode active material, 4 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone (as a dispersion medium) NMP) was added to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector (thickness 15 μm), dried and rolled to obtain a positive electrode (thickness 0.14 mm).

正極は、作製時に、正極活物質層を有しない領域(正極集電体が露出する部分)を設け、リードを接続し、図3に示すような構成とした。   At the time of production, the positive electrode was provided with a region not having the positive electrode active material layer (a portion where the positive electrode current collector was exposed), connected to a lead, and configured as shown in FIG.

(2)負極の作製
負極活物質としてSi(純度99.9999%のケイ素単体(高純度化学研究所製))を用い、電子ビーム(EB)加熱手段を具備する蒸着装置((株)アルバック製)を用いて、純度99.7%の酸素ガスを導入し、帯状の銅箔(厚さ30μm、幅31mm、および長さ33mm)からなる負極集電体の両面に合金系負極活物質層を形成し、負極15を得た。
(2) Production of negative electrode Vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.) having Si (99.9999% pure silicon (manufactured by High Purity Chemical Laboratories)) as a negative electrode active material and equipped with electron beam (EB) heating means. ), Oxygen gas having a purity of 99.7% was introduced, and an alloy-based negative electrode active material layer was formed on both sides of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil (thickness 30 μm, width 31 mm, and length 33 mm). The negative electrode 15 was obtained.

得られた合金系負極活物質層はSiOxであり、含まれる酸素量を燃焼法により定量した結果、ケイ素と酸素とを含む化合物の組成はSiO0.5であった。 The obtained alloy-based negative electrode active material layer was SiOx. As a result of quantifying the amount of oxygen contained by the combustion method, the composition of the compound containing silicon and oxygen was SiO 0.5 .

次に、アルバック社製の抵抗加熱蒸着装置を用いて、合金系負極活物質層にリチウム金属を蒸着した。このとき、リチウム金属は合金系負極活物質層内へ吸蔵された。このようにして、SiO0.5からなる負極活物質に、不可逆容量に相当する量のリチウムを、予め補填した。 Next, lithium metal was vapor-deposited on the alloy-based negative electrode active material layer using a resistance heating vapor deposition apparatus manufactured by ULVAC. At this time, lithium metal was occluded into the alloy-based negative electrode active material layer. In this way, a negative electrode active material made of SiO 0.5 was supplemented in advance with an amount of lithium corresponding to the irreversible capacity.

1.5mm×3.5mmの銅製のリードを用い、負極集電体の最外周に相当する端部とリードの端部とをプラズマ溶接により接続した。   Using a 1.5 mm × 3.5 mm copper lead, the end corresponding to the outermost periphery of the negative electrode current collector and the end of the lead were connected by plasma welding.

(3)電極群の作製
巻芯を用い、巻芯のスリット部にセパレータを挟み込み、折り返して、2枚の構成とし、正極、セパレータ、負極、セパレータが順次重なり、正極合剤形成部と負極合剤形成部が対向するようにして、巻芯を中心にして巻回し、電極群を構成した。巻き終わりは、リード部を固定しないようにテープを貼り付け、群を固定した。
(3) Production of electrode group Using a winding core, the separator is sandwiched between the slits of the winding core and folded to form two sheets. The electrode group was configured by winding around the core such that the agent forming portions face each other. At the end of winding, a tape was applied so as not to fix the lead portion, and the group was fixed.

(4)電解液の調製
エチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒に、LiPF6を溶解させて、非水電解液を得た。ECおよびEMCの重量比は、1:1とした。非水電解液中のLiPF6の濃度は1.0mol/Lとした。
(4) Preparation of electrolytic solution LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) to obtain a nonaqueous electrolytic solution. The weight ratio of EC and EMC was 1: 1. The concentration of LiPF 6 in the non-aqueous electrolyte was 1.0 mol / L.

(5)円筒形リチウムイオン二次電池の作製
構成した電極群をケースに挿入した。ケースの内径は3.3mmであった。このとき、負極リードとケースは、接触により接続した。正極リードと封口板を溶接し接続した。ケース内に、電解液を注液し、封口して電池とした。このようにして、公称容量43mAhの円筒形リチウムイオン二次電池(直径3.5mm、高さ35mm)を得た。
(5) Production of cylindrical lithium ion secondary battery The configured electrode group was inserted into a case. The inner diameter of the case was 3.3 mm. At this time, the negative electrode lead and the case were connected by contact. The positive electrode lead and the sealing plate were welded and connected. An electrolyte was poured into the case and sealed to obtain a battery. In this way, a cylindrical lithium ion secondary battery (diameter 3.5 mm, height 35 mm) having a nominal capacity of 43 mAh was obtained.

(実施例2)
負極リードとして、1.5mm×7.8mmのリードを用いた以外、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
(Example 2)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 1.5 mm × 7.8 mm lead was used as the negative electrode lead.

(実施例3)
負極リードとして、31.0mm×3.5mmのリードを用いた以外、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
(Example 3)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 31.0 mm × 3.5 mm lead was used as the negative electrode lead.

(実施例4)
負極リードとして、31.0mm×7.8mmのリードを用いた以外、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
Example 4
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 31.0 mm × 7.8 mm lead was used as the negative electrode lead.

(実施例5)
負極リードとして、31.0mm×2.5mmのリードを用いた以外、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
(Example 5)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 31.0 mm × 2.5 mm lead was used as the negative electrode lead.

(実施例6)
負極リードとして、1.5mm×10.0mmのリードを用いた以外、実施例1と同様の方法により電池を作製した。
(Example 6)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a 1.5 mm × 10.0 mm lead was used as the negative electrode lead.

(比較例1)
図5、6に示すように、負極集電体252として帯状の銅箔(厚さ30μm、幅29.5mm、および長さ33mm)を用い、露出部分を設け、ニッケル製の負極リード251として、32.5mm×1.5mmのリードを用いた。負極集電体252と負極リード251は超音波溶接により電気的に接続した。さらに、負極リード251とケース21は抵抗溶接により接続した以外、実施例1と同様の方法により、図2に示す円筒形リチウムイオン二次電池20を作製した。
(Comparative Example 1)
As shown in FIGS. 5 and 6, a strip-shaped copper foil (thickness 30 μm, width 29.5 mm, and length 33 mm) is used as the negative electrode current collector 252, an exposed portion is provided, and a nickel negative electrode lead 251 is used. A 32.5 mm × 1.5 mm lead was used. The negative electrode current collector 252 and the negative electrode lead 251 were electrically connected by ultrasonic welding. Further, the cylindrical lithium ion secondary battery 20 shown in FIG. 2 was produced by the same method as in Example 1 except that the negative electrode lead 251 and the case 21 were connected by resistance welding.

なお、負極リードとケースの抵抗溶接を100セル相当実施したところ、ケースの穴あきが2個発生し、溶融物の飛散が5個発生した。これら以外を用いて電池を作製した。   In addition, when resistance welding of the negative electrode lead and the case was performed for 100 cells, two holes were formed in the case, and five pieces of melt were generated. A battery was produced using other than these.

(A)初期容量の確認
以上のようにして作製した実施例および比較例の電池3個ずつを、下記(1)〜(4)の順に充放電した。
(1)0.05Itの定電流で4時間充電した後、電池の閉路電圧が2.5Vに達するまで0.05Cの定電流で放電した。
(2)電池の閉路電圧が4.1Vに達するまで0.1Itの定電流で充電した後、電池の閉路電圧が2.5Vに達するまで0.1Itの定電流で放電した。
(3)電池の閉路電圧が4.1Vに達するまで0.1Itの定電流で充電した後、電池の閉路電圧が2.5Vに達するまで0.1Itの定電流で放電した。
(4)電池の閉路電圧が4.2Vに達するまで0.1Itの定電流で充電した後、電池の閉路電圧が2.5Vに達するまで0.1Itの定電流で放電した。
(A) Confirmation of initial capacity Each of the three batteries of Examples and Comparative Examples produced as described above was charged and discharged in the order of (1) to (4) below.
(1) After charging for 4 hours at a constant current of 0.05 It, the battery was discharged at a constant current of 0.05 C until the closed circuit voltage of the battery reached 2.5V.
(2) After charging with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 4.1 V, the battery was discharged with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 2.5 V.
(3) After charging with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 4.1 V, the battery was discharged with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 2.5 V.
(4) After charging with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 4.2 V, the battery was discharged with a constant current of 0.1 It until the closed circuit voltage of the battery reached 2.5 V.

なお、Itは時間率を表す。設計容量C(mAh)に相当する電気量を時間t(時間)で流す場合、電流値I(mA)はC/tと表される。   In addition, It represents a time rate. When an amount of electricity corresponding to the design capacity C (mAh) is supplied at time t (time), the current value I (mA) is expressed as C / t.

上記(4)の放電において、放電電圧をモニタリングし、放電容量を確認した。全ては良品であり、この時の放電容量を初期容量とした。   In the discharge of (4) above, the discharge voltage was monitored to confirm the discharge capacity. All were good products, and the discharge capacity at this time was defined as the initial capacity.

表1に、確認した3個の電池の初期の容量を平均で示す。   Table 1 shows an average of the initial capacities of the three confirmed batteries.

Figure 2014071987
Figure 2014071987

表1に示すように、比較例1では、負極リードとケースとの溶接がある。100セル相当の負極リードとケースの溶接に対し、ケースの穴あきが2個、溶融物の飛散が5個発生した。外径が8mm以下の細い径の電池では、電極群の大径化抑制のため、細いリードを使用する。また、容量確保のため、ケース材の厚みが薄い。負極リードとケースの溶接は、細いケース内に溶接棒が挿入され、細いリードを溶接するという精巧な作業である。これらの要因から、ケースの穴あきや溶融物の飛散が発生したと考えられる。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1, there is welding of the negative electrode lead and the case. For the welding of the negative electrode lead equivalent to 100 cells and the case, two perforations of the case and five scatters of the melt occurred. In a battery having a thin outer diameter of 8 mm or less, a thin lead is used to suppress an increase in the diameter of the electrode group. Moreover, the thickness of the case material is thin to ensure the capacity. The welding of the negative electrode lead and the case is an elaborate operation in which a welding rod is inserted into the thin case and the thin lead is welded. From these factors, it is considered that the perforation of the case and the scattering of the melt occurred.

本発明の実施例1から実施例6では、負極リードとケースとの溶接が不要であるため、比較例1のような不良が発生しない。さらに、工程が簡便であるため、量産性が高い。   In Example 1 to Example 6 of the present invention, it is not necessary to weld the negative electrode lead to the case, so that the defect as in Comparative Example 1 does not occur. Furthermore, since the process is simple, the mass productivity is high.

また、実施例1から実施例6では、比較例1に対し高容量であることがわかる。負極リードとケースとの溶接が不要であることにより、溶接時に必要な空間が容量に寄与したためである。   Further, it can be seen that the capacities of Examples 1 to 6 are higher than those of Comparative Example 1. This is because the welding of the negative electrode lead and the case is unnecessary, and the space required for welding contributed to the capacity.

実施例5では、表1に示すように0.1Itの放電では高容量が得られたが、1.5It以上の非常に高負荷な放電においては、容量が低下したものが見られた。負極リードの群の巻き方向の長さがケース内径円周長さに対し1/4であることから、高負荷放電において、ケースとの接触による導電性が不十分となったためと考えられる。   In Example 5, as shown in Table 1, a high capacity was obtained with a discharge of 0.1 It, but a discharge with a very high load of 1.5 It or more showed a reduced capacity. The length in the winding direction of the group of negative electrode leads is ¼ of the circumferential length of the inner diameter of the case, which is considered to be due to insufficient conductivity due to contact with the case in high-load discharge.

本発明の電池は、各種の電子機器、特に、各種の携帯型電子機器における電源として好適に用いることができる。   The battery of the present invention can be suitably used as a power source in various electronic devices, in particular, various portable electronic devices.

10、20 円筒形リチウムイオン二次電池
11、21 ケース
12、22 電極群
13、23 ガスケット
14、24 封口板
15、25 負極
16、26 正極
17、27 セパレータ
18、28 上部リング
151、251 負極リード
252 負極集電体
153、253 薄膜状負極活物質層
154 プラズマ溶接部
161、261 正極リード
162 正極集電体
163 正極活物質層
10, 20 Cylindrical lithium ion secondary battery 11, 21 Case 12, 22 Electrode group 13, 23 Gasket 14, 24 Sealing plate 15, 25 Negative electrode 16, 26 Positive electrode 17, 27 Separator 18, 28 Upper ring 151, 251 Negative electrode lead 252 Negative electrode current collector 153, 253 Thin film negative electrode active material layer 154 Plasma weld 161, 261 Positive electrode lead 162 Positive electrode current collector 163 Positive electrode active material layer

Claims (4)

正極と、負極とを、前記正極と前記負極の間に配するセパレータを介して、対向配置させ巻回してなる電極群が、非水電解液とともにケースに収納され、ガスケットと、封口板により封止された円筒形リチウムイオン二次電池であり、
前記ケースは、外径が8.0mm以下であり、
前記電極群は、前記負極が最外周に配置され、
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体の表面に形成されかつ合金系負極活物質を含有する薄膜状負極活物質層と、負極リードとを備え、
前記負極リードは、前記負極リード端部と前記負極集電体の最外周端部においてプラズマ溶接されており、前記電極群の最外周に配置され、かつ前記電極群と前記ケースとが対向する範囲に配置され、前記ケース内面と溶接されておらず、接触により電気的に接続していることを特徴とする円筒形リチウムイオン二次電池。
An electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are wound so as to face each other through a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode is housed in a case together with a non-aqueous electrolyte, and sealed with a gasket and a sealing plate. It is a stopped cylindrical lithium ion secondary battery,
The case has an outer diameter of 8.0 mm or less,
In the electrode group, the negative electrode is disposed on the outermost periphery,
The negative electrode comprises a negative electrode current collector, a thin film negative electrode active material layer formed on the surface of the negative electrode current collector and containing an alloy-based negative electrode active material, and a negative electrode lead.
The negative electrode lead is plasma welded at the negative electrode lead end portion and the outermost peripheral end portion of the negative electrode current collector, and is disposed at the outermost outer periphery of the electrode group, and the electrode group and the case face each other. A cylindrical lithium ion secondary battery, which is disposed on the inner surface of the case, is not welded to the inner surface of the case, and is electrically connected by contact.
前記負極リードは、四角形であり、前記プラズマ溶接された辺の長さが、1.5mm以上、前記負極の電池高さ方向の長さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の円筒形リチウムイオン二次電池。 2. The cylinder according to claim 1, wherein the negative electrode lead has a quadrangular shape, and a length of the plasma welded side is 1.5 mm or more and not more than a length of the negative electrode in a battery height direction. Lithium ion secondary battery. 前記負極リードは、四角形であり、前記プラズマ溶接された辺の他方の辺がケース内径円周長さの1/3以上、3/4以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の円筒形リチウムイオン二次電池。 The negative electrode lead is a quadrangle, and the other side of the plasma-welded side is not less than 1/3 and not more than 3/4 of the circumferential length of the case inner diameter. Cylindrical lithium ion secondary battery. 前記電池の公称容量は、5mAh以上、100mAh以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の電池。 The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a nominal capacity of the battery is 5 mAh or more and 100 mAh or less.
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