JP5558781B2 - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解質二次電池に関し、特に、渦巻状に巻回された巻回電極体の内部の中空部に筒状のセンターピンが挿入された構造を有する円筒形の非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery having a structure in which a cylindrical center pin is inserted into a hollow portion of a spirally wound electrode body. Next battery.
今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、さらには、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)用の電源として、高エネルギー密度を有し、高容量であるリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く利用されている。 It has high energy density as a drive power source for portable electronic devices such as today's mobile phones, portable personal computers and portable music players, and also as a power source for hybrid electric vehicles (HEV) and electric vehicles (EV). However, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by high-capacity lithium ion secondary batteries are widely used.
非水電解質二次電池には、角形のもの及び円筒形のものが知られている。このうち、円筒形の非水電解質二次電池は、正極極板と負極極板とをセパレータを介して巻回された円筒状の巻回電極体を作製し、この円筒状の巻回電極体を円筒状の電池外装体内に挿入すると共に非水電解液を注入し、正極ないし負極端子が形成された封口体によって電池外装体の開口を密閉状態に封止することにより組み立てられている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries are known to be rectangular and cylindrical. Among these, the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery is a cylindrical wound electrode body in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound via a separator. Is inserted into a cylindrical battery casing, a nonaqueous electrolyte is injected, and the opening of the battery casing is sealed in a sealed state by a sealing body on which a positive electrode or a negative electrode terminal is formed.
ところで、二次電池は、充電時に通常よりも長く電流が供給される過充電状態になったり、誤使用や使用する機器の故障などにより大電流が流れて短絡状態になったりすると、正極活物質、負極活物質及び電解液が爆発的に反応し、大量のガス発生を伴いながら燃焼に至る。このとき、内部で発生した大量のガスが電池外部に速やかに排出されなければ、電池内部の内圧が急激に上昇してしまい、最悪の場合、二次電池が突然に爆発して使用している機器を破損してしまうことがある。そのため、特に非水電解質二次電池の場合には、従来から防爆用の安全弁を備えたものが使用されている(下記特許文献1参照)。 By the way, when a secondary battery becomes overcharged, in which a current is supplied longer than usual at the time of charging, or when a large current flows due to misuse or failure of a device used, a positive electrode active material The negative electrode active material and the electrolytic solution react explosively, resulting in combustion while generating a large amount of gas. At this time, if a large amount of gas generated inside is not quickly discharged to the outside of the battery, the internal pressure of the battery suddenly increases, and in the worst case, the secondary battery suddenly explodes and is used. The device may be damaged. For this reason, in particular, in the case of a nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery equipped with an explosion-proof safety valve has been used (see Patent Document 1 below).
この安全弁は、機器の破損防止、火災事故防止等の観点から確実に作動させる必要がある。そのため、従来は、下記特許文献1に示されているように、電池外装缶内に、セパレータを挟んで対向配置された正極板及び負極板が中心に中空部を有する形状に巻回して形成された巻回電極体を配置すると共に、この巻回電極体の中空部に円筒状のセンターピンを配置し、過充電などによって発生したガスを巻回電極体の中空部に配置されたセンターピンを介して安全弁に導くようにしている。 This safety valve must be reliably operated from the viewpoint of preventing damage to equipment and preventing fire accidents. Therefore, conventionally, as shown in Patent Document 1 below, a positive electrode plate and a negative electrode plate that are opposed to each other with a separator interposed between them are wound into a shape having a hollow portion at the center. A cylindrical center pin is disposed in the hollow portion of the wound electrode body, and a gas generated by overcharging or the like is disposed in the hollow portion of the wound electrode body. To the safety valve.
このセンターピンは、非水電解質二次電池の内部で発生したガスによる圧力が正極板、負極板及びセパレータの重ね合せ方向に加わるため、中空部がつぶれてガスの通路を塞いでしまわないようにするために設けられているものである。なお、センターピンには、非水電解質二次電池の充放電の繰り返しによる巻回電極体の膨張・収縮時の極板の変形を抑制する機能も有している。すなわち、充放電の繰り返しによって巻回電極体が膨張する際、電池外装缶により拘束されている外側へは膨張することができないので、中空部分に向かって集中的に膨張するが、センターピンを設けると巻回電極体の膨張時における中空部分の近傍における極板の変形を抑制することができるようになるわけである。 In this center pin, the pressure generated by the gas generated inside the non-aqueous electrolyte secondary battery is applied in the overlapping direction of the positive electrode plate, negative electrode plate, and separator, so that the hollow portion is not crushed and the gas passage is not blocked. It is provided to do. The center pin also has a function of suppressing deformation of the electrode plate during expansion / contraction of the wound electrode body due to repeated charging / discharging of the nonaqueous electrolyte secondary battery. That is, when the wound electrode body expands due to repeated charge and discharge, it cannot expand to the outside constrained by the battery outer can, so it expands intensively toward the hollow portion, but a center pin is provided. Thus, deformation of the electrode plate in the vicinity of the hollow portion during expansion of the wound electrode body can be suppressed.
電池を高容量化させる手段の一つとして、巻回電極体の巻芯の直径を小さくして巻回電極体の巻数を多くする手法があるが、このような構成を採用すると、巻回電極体の中心部の空間が小さくなるため、それに伴ってセンターピンの直径も小さくなる。一方、電池の異常燃焼が生じた際の缶底からのガス発生量(a)(cm3/sec)とセンターピンのガス排出能力(b)(cm3/sec)との間には、図4に示したような関係があることが経験的に分かっている。この場合、電池のガス発生量(a)がセンターピンのガス排出能力(b)を一時的に上回る領域Aがあると、電池内部の圧力が高まり易く、電池の破裂を引き起こす可能性が出てくる。 As one of means for increasing the capacity of the battery, there is a method of increasing the number of turns of the wound electrode body by reducing the diameter of the core of the wound electrode body. Since the space at the center of the body is reduced, the diameter of the center pin is also reduced accordingly. On the other hand, there is a difference between the gas generation amount (a) (cm 3 / sec) from the bottom of the can and the center pin gas discharge capacity (b) (cm 3 / sec) when abnormal battery combustion occurs. It is empirically known that there is a relationship as shown in FIG. In this case, if there is a region A in which the gas generation amount (a) of the battery temporarily exceeds the gas discharge capacity (b) of the center pin, the pressure inside the battery is likely to increase, which may cause the battery to burst. come.
このような現象は、融点の低いセパレータ等の樹脂部材や正極電極体の芯体であるアルミニウムなどの溶融物が燃焼ガスによって移動する際、センターピンの開口部分から外部へと通り抜ければ問題はない。しかしながら、移動中にその時点で温度の低い部品に接触すると、急激に冷却され、固着してしまう。センターピンは、内部に固着物があると燃焼ガスの圧力によって持ち上げられ、先端が封口体部品に突き当たった状態になる。このような状態となると、センターピン内を通った溶融物の逃げ場がなくなり、底で固着してセンターピン内を詰まらせ、ガスの安全弁側への排出を妨げるため、破裂に至ることとなる。 Such a phenomenon is a problem if a melted material such as a resin member such as a separator having a low melting point or aluminum that is the core of the positive electrode body moves by combustion gas and passes through the center pin opening to the outside. Absent. However, if it touches a part whose temperature is low at that time during movement, it will be rapidly cooled and fixed. The center pin is lifted by the pressure of the combustion gas when there is a fixed substance inside, and the tip is in contact with the sealing body part. In such a state, there is no escape space for the melt that has passed through the center pin, and it adheres at the bottom and clogs the center pin, preventing gas from being discharged to the safety valve side, leading to rupture.
そこで、上記特許文献1に開示されている非水電解質二次電池50では、図5に示したように、電池外装缶51内の上部に安全弁52を配置し、底部に中心孔53と外周孔54とが形成された有孔板55を配置し、この有孔板55の上部に絶縁板56を介して巻回電極体57を配置すると共に、有孔板55の中心孔53にセンターピン58の一端を接続し、有孔板55の下部に凸部59を形成し、有孔板55と電池外装缶51の底部との間に空間を確保して、非水電解質二次電池50の内部で発生した溶融物がセンターピン58の内部に移動し難くし、発生したガスがセンターピン58内に移動し易くなるようにしている。
Therefore, in the non-aqueous electrolyte
上記特許文献1に開示されている非水電解質二次電池50では、過充電等の際に発生したガスが良好にセンターピン58内を通って安全弁52側に移動することができるので、非水電解質二次電池50が破裂に至ることが抑制されるという優れた効果を奏する。しかしながら、この非水電解質二次電池50では、巻回電極体57と電池外装缶51の底部との間に、絶縁板56、有孔板55が配置されていると共に、有孔板55と電池外装缶51の底部との間に大きな空間が生じてしまうので、電池の容量が低下してしまうという問題点が生じる。
In the non-aqueous electrolyte
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたものであり、電池外装缶内の電池容量の増大に結びつかない無駄な空間が生じることを抑制しながら、過充電等の際に発生したガスが良好にセンターピン内に流通することができ、安全機構が正常に作動して破壊事故を確実に抑制することができる非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and gas generated during overcharge or the like while suppressing generation of a useless space that does not lead to an increase in battery capacity in the battery outer can. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can be circulated well in the center pin and that can safely suppress a breakdown accident by operating the safety mechanism normally.
前記課題を解決するために、本願発明の非水電解質二次電池は、
セパレータを挟んで対向配置された正極板及び負極板が中心に中空部を有する形状に巻
回して形成された巻回電極体と、前記中空部に挿入された中空状のセンターピンと、前記巻回電極体を収納する電池外装缶と、前記電池外装缶内のガス圧が規定値を超えた場合にガスを排出する安全弁を兼ねる外部端子と、を備えた非水電解質二次電池において、
前記センターピンにおける、前記巻回電極体から前記電池外装缶の底部側に突出する部分の周囲には空隙部が形成され、
前記センターピンの内部体積をXcm3、
前記センターピンを中心とする電池外装缶の缶底の空隙部の体積をYcm3、
前記電池外装缶内の総体積をZcm3、
とするとき、
Y≧−0.14X+0.16
X≦0.015Z
の条件を満たすことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is
A wound electrode body formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate opposed to each other with a separator in a shape having a hollow portion at the center, a hollow center pin inserted into the hollow portion, and the winding In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a battery outer can that houses an electrode body, and an external terminal that also serves as a safety valve that discharges gas when the gas pressure in the battery outer can exceeds a specified value .
Before Symbol center pin, the gap portion is formed from the spirally wound electrode body around a portion protruding to the bottom side of the battery outer can,
The internal volume of the center pin is Xcm 3 ,
The volume of the space at the bottom of the battery outer can centered on the center pin is Ycm 3 ,
The total volume in the battery outer can is Zcm 3 ,
And when
Y ≧ −0.14X + 0.16
X ≦ 0.015Z
It satisfies the following conditions.
本発明の非水電解質二次電池は、電池外装缶の缶底側に位置する前記センターピンの周囲には空隙部が形成されている。このような構成を備えていると、例えば過充電等によって非水電解質二次電池内のガス発生量が瞬間的にセンターピンのガス排出能力を上回った場合においても、余剰ガスが缶底の空隙に溜まるため、非水電解質二次電池の破裂を回避することができる。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a gap is formed around the center pin located on the bottom side of the battery outer can. With such a configuration, for example, even when the amount of gas generated in the nonaqueous electrolyte secondary battery momentarily exceeds the gas discharge capacity of the center pin due to overcharging or the like, the excess gas remains in the gap at the bottom of the can. Therefore, rupture of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be avoided.
この場合において、センターピンの内部体積が電池内の総空間体積と比べて十分に大きい場合(X>0.015Z)には、電池外装缶の缶裂けや破裂は生じないが、無駄な空隙が大きく、電池容量が低下するため、好ましくない。また、センターピンの内部体積が電池内の総空間体積と比べて小さい場合(X≦0.015Z)には、Y≧−0.14X+0.16の条件を満たすと電池外装缶の缶裂けや破裂は生じないが、Y<−0.14X+0.16となると電池外装缶の缶裂けや破裂が生じるようになる。 In this case, when the internal volume of the center pin is sufficiently larger than the total space volume in the battery (X> 0.015Z), the battery outer can can not be torn or ruptured, but a wasteful gap is not generated. It is not preferable because it is large and the battery capacity decreases. When the internal volume of the center pin is smaller than the total space volume in the battery (X ≦ 0.015Z), if the condition of Y ≧ −0.14X + 0.16 is satisfied, the battery outer can can tear or rupture However, when Y <−0.14X + 0.16, the battery outer can can be torn or ruptured.
なお、本発明の非水電解質二次電池においては、巻回電極体としては円筒状のものだけでなく、楕円筒状のものに対しても適用可能である。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the wound electrode body is applicable not only to a cylindrical shape but also to an elliptical cylindrical shape.
また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記電池外装缶の底部と前記巻回電極体との間には中央に開孔が形成された缶底絶縁板が配置され、前記センターピンは一端部が前記缶底絶縁板に形成された開孔内に位置するように配置されていることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a can bottom insulating plate having a hole formed in the center is disposed between the bottom of the battery outer can and the wound electrode body, and the center pin It is preferable that one end portion is disposed so as to be located in an opening formed in the can bottom insulating plate.
非水電解質二次電池は、巻回電極体と電池外装缶の底部との間の電気的絶縁のため、電池外装缶の底部と巻回電極体との間に缶底絶縁板が配置されている。本発明の非水電解質二次電池においては、缶底絶縁板として中央に開孔が形成されたものを使用し、センターピンの一端が缶底絶縁板に形成された開孔に位置するように配置することによって電池外装缶の缶底側に位置するセンターピンの周囲に空隙部を形成している。そのため、本発明の非水電解質二次電池によれば、特に電池外装缶の缶底側に位置するセンターピンの周囲に空隙部を形成したことによって電池の容量が低下することがなくなる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery has a can bottom insulating plate disposed between the bottom of the battery outer can and the wound electrode body for electrical insulation between the wound electrode body and the bottom of the battery outer can. Yes. In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a can bottom insulating plate having a hole formed in the center is used, and one end of the center pin is positioned in the hole formed in the can bottom insulating plate. By arranging, a gap is formed around the center pin located on the bottom side of the battery outer can. Therefore, according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the capacity of the battery is not reduced by forming the gap around the center pin located on the bottom side of the battery outer can.
また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記センターピンは、その周面に前記センターピンの長さ方向の一端から他端にかけてスリットが形成されていることが好ましい。 In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable that a slit is formed on the peripheral surface of the center pin from one end to the other end in the length direction of the center pin.
センターピンの周面にセンターピンの長さ方向の一端から他端にかけてスリットが形成されていると、過充電等によって非水電解質二次電池が過熱されて融点の低いセパレータ等の樹脂部材や正極極板の芯体であるアルミニウムなどの溶融物によってセンターピンの電池外装缶の内側底面側が塞がれても、センターピンに形成されたスリットを介してセンターピンの内部と巻回電極体との間にガスの流通路が確保される。そのため、本発明の非水電解質二次電池によれば、過充電等によって電池内部でガスが発生しても、より電池外装缶の缶裂けや破裂が生じ難い非水電解質二次電池が得られる。 If a slit is formed on the peripheral surface of the center pin from one end to the other in the length direction of the center pin, the nonaqueous electrolyte secondary battery is overheated due to overcharging or the like, and a resin member such as a separator having a low melting point or a positive Even if the inner bottom surface side of the battery outer can of the center pin is blocked by a melt such as aluminum which is the core of the electrode plate, the inside of the center pin and the wound electrode body are connected through the slit formed in the center pin. A gas flow path is secured between them. Therefore, according to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, even if gas is generated inside the battery due to overcharge or the like, it is possible to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery that is less likely to tear or rupture the battery outer can. .
以下、本発明の実施形態を実施例、比較例及び図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための非水電解質二次電池としてのリチウムイオン二次電池を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものでなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to Examples, Comparative Examples, and the drawings. However, the following examples illustrate lithium ion secondary batteries as non-aqueous electrolyte secondary batteries for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is specified in this example. And is equally applicable to other embodiments within the scope of the claims.
[非水電解質二次電池の製造]
実施例及び比較例に共通する非水電解質二次電池10は、図1及び図2に示したように、正極板11と負極板12とがセパレータ13を介して渦巻状に巻回された巻回電極体14が用いられており、この巻回電極体14の中心には中空部14aが形成されている。巻回電極体14は、上下にそれぞれ絶縁板15及び16が配置され、負極端子を兼ねる有底で円筒形の電池外装缶17の内部に収容されている。この電池外装缶17は、例えば表面にニッケルめっきをした鉄製のものが使用されている。
[Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries]
As shown in FIGS. 1 and 2, the nonaqueous electrolyte
電池外装缶17の開口端側の絶縁板15は、厚さが一定であり、中央部分が中空部14aの開口と同一径に切り欠かれている。缶底側の絶縁板16は、各実施例及び比較例に応じて、厚さ及び中央部分の開孔16a(図2参照)の径がそれぞれ変えられている。なお、缶底側の絶縁板16の厚さ及び中央部分の開孔16aの径の詳細については後述する。
The insulating
そして、負極板12の負極集電タブ12aが電池外装缶17の内側底部に溶接され、正極板11の正極集電タブ11aは、絶縁板15に形成された開孔15a(図2参照)を通して電流遮断封口体18を兼ねる正極端子19の底板部に溶接されている。電流遮断封口体18は、電池の内部圧力の上昇により巻回電極体14と電池外部との電気的接続を切断する機能を有しており、ひとたび切断されると圧力が放出されても接続は復帰しない構造になっている。
The negative electrode
電池外装缶17の内部には図示省略した非水電解質が注入されている。また、巻回電極体14の中心部には、例えば細径管状のステンレススチール製のセンターピン20が配置されており、このセンターピン20は、その周面にセンターピン20の長さ方向の一端から他端にかけてスリット20aが形成されている。このセンターピン20は、細長い金属板を円柱状に折り曲げることにより容易に作製することができるが、スリット20aがセンターピン20の中心軸に平行に形成されている。なお、スリット20aの端部が巻回電極体14と接触しないようにするため、スリット20aの端部はセンターピン20の仮想外周よりも内方に位置するように形成されていることが好ましい。なお、電池外装缶17の開口部はガスケット21を介して取り付けられた電流遮断封口体18を兼ねる正極端子19によって密閉されている。
A non-aqueous electrolyte (not shown) is injected into the battery outer can 17. Further, for example, a thin tubular stainless
ここで、実施例及び比較例に共通する非水電解質二次電池10の具体的製造方法について説明する。
Here, the specific manufacturing method of the nonaqueous electrolyte
[正極板の作製]
正極板11の作製方法の一例を示すと次のとおりである。まず、炭酸リチウムと、Ni0.33Co0.34Mn0.33(OH)2で示される共沈水酸化物とを混合し、空気雰囲気中で1000℃で20時間焼成し、その後解砕して、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(正極活物質A:LiNi0.33Co0.34Mn0.33O2)を得た。また、コバルト(Co)水酸化物と、ジルコニウム(Zr)水酸化物と、アルミニウム(Al)水酸化物と、マグネシウム(Mg)水酸化物と、を共沈させ、熱分解反応させて、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム含有四酸化三コバルトを得た。この四酸化三コバルトと炭酸リチウムとを混合し、空気雰囲気中で850℃で24時間焼成し、その後解砕して、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム含有リチウムコバルト複合酸化物(正極活物質B)を得た。そして、正極活物質Aと正極活物質Bとを、質量比1:9で混合し、当該混合物99.5質量部と平均粒径が5μmのリン酸リチウム0.5質量部とを混合した。
[Production of positive electrode plate]
An example of a method for producing the
上記混合物94質量部と、導電剤としてのアセチレンブラック3質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量部と、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)と、を混合して正極活物質スラリーとした。この正極活物質スラリーを、ドクターブレード法を用いて、アルミニウム製の正極集電体(厚み15μm)の両面に塗布し、乾燥してスラリー調製時に必要であった溶剤(NMP)を除去した。この後、乾燥極板を、厚み140μmとなるように圧延した。この後、芯体露出部に正極集電タブ11aを取り付けて、正極を完成させた。
94 parts by mass of the mixture, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) A positive electrode active material slurry was obtained. This positive electrode active material slurry was applied to both surfaces of an aluminum positive electrode current collector (thickness: 15 μm) using a doctor blade method and dried to remove the solvent (NMP) necessary for the slurry preparation. Thereafter, the dried electrode plate was rolled to have a thickness of 140 μm. Then, the positive electrode
[負極板の製造]
また、負極板12の作製方法の一例を示すと次のとおりである。まず、負極活物質としての黒鉛96質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)2質量部と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)2質量部と、水とを混合して負極活物質スラリーとした。この負極活物質スラリーを銅製の負極集電体(厚み8μm)の両面に塗布し、乾燥してスラリー調製時に必要であった水を除去した。この後、厚み140μmとなるように圧延した。この後、芯体露出部に負極集電タブ12aを取り付けて、負極を完成させた。
[Manufacture of negative electrode plate]
An example of a method for producing the
なお、黒鉛の電位はリチウム基準で0.1Vである。また、正極及び負極の活物質充填量は、設計基準となる正極活物質の電位(本実施例ではリチウム基準で4.45Vであり、電圧は4.35V)において、単位面積あたりの充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)を、負極が正極以上となるように調整した。 The potential of graphite is 0.1 V with respect to lithium. In addition, the active material filling amount of the positive electrode and the negative electrode is the charge capacity ratio per unit area at the potential of the positive electrode active material which is a design standard (in this example, 4.45 V on the basis of lithium and 4.35 V). (Negative electrode charge capacity / positive electrode charge capacity) was adjusted so that the negative electrode was equal to or higher than the positive electrode.
[非水電解質の調製]
非水溶媒としての下記化1で示されるフッ素化エチレンカーボネート(FEC)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、を体積比20:40:40(25℃、1気圧)で混合し、電解質塩としてのLiPF6を1.1M(モル/リットル)となるように溶解して、非水電解質となした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
Fluorinated ethylene carbonate (FEC) represented by the following chemical formula 1 as a nonaqueous solvent, dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 20:40:40 (25 ° C., 1 atm) And LiPF 6 as an electrolyte salt was dissolved to 1.1 M (mol / liter) to give a non-aqueous electrolyte.
[電池の組み立て]
渦巻状に巻回された巻回電極体14は具体的には以下の方法によって作製した。まず、正極板11と負極板12をポリエチレン製微多孔膜(厚み18μm)のセパレータ13を挟んで互いに絶縁した状態で重ね合わせ、巻き芯部材(図示省略)に巻き付ける。ここで、重ね合わせた状態では最下層と最上層とにセパレータ13が配された状態になっている。セパレータ13は正極板11と負極板12よりも長く幅も広い。一方、負極板12は正極板11よりも幅広になっている。正極板11の巻き始め部分にはアルミニウム製の正極集電タブ11aの一端が溶接されている。負極板12の巻き終わり部分には同じくニッケル製の負極集電タブ12aの一端が溶接されている。
[Battery assembly]
Specifically, the
正極集電タブ11a及び負極集電タブ12aは、可撓性の平板であり、表面は、両端の溶接部分を除いて、絶縁被膜で覆われている。また、渦巻状に巻回された巻回電極体14は巻回状態が維持されるように最外周が絶縁テープで止められている。さらに、巻き芯部材を取り外し、渦巻状に巻回された巻回電極体14の底部中央に開孔16aが形成された絶縁板16を当接しながら円筒状の電池外装缶17内に挿入し、この巻回電極体14から巻き心部材を取り外したことにより生じた中空部14aを介して負極集電タブ12aを電池外装缶17の内面中央部に溶接する。
The positive electrode
次いで、長さL=6cm一定で、各種直径及び厚さのステンレススチール製の細径管状のセンターピン20を挿入し、上述のようにして調製された所定量の非水電解液を電池外装缶17に挿入し、さらに、正極集電タブ11aが溶接された電流遮断封口体18を兼ねる正極端子19に溶接すると共に、正極端子19の周囲にガスケット21を当接させ、電池外装缶17の開口端部をかしめることによって電池外装缶17と正極端子19とを電気的に絶縁した状態で液密に固定することにより、実施例及び比較例に共通する非水電解質二次電池が得られる。
Next, a stainless steel thin
細径管状のセンターピン20としては、長さLは6cm一定とし、直径dは0.20cm、0.25cm及び0.30cmの3種類、厚さtは0.02cm及び0.03cmの2種類とした。なお、センターピン20のスリット20aの幅はセンターピン20の形成材料の厚さtよりも十分に短い幅とされており、実質的にこのスリット20a部分の体積は無視し得る。また、缶底側の絶縁板16の厚さ(開孔の高さh)は0.023cm、0.150cm、0.230cm及び0.253cmの4種類とし、さらに、缶底側の絶縁板16の中央部分に形成した開孔16aの径(中央穴径D)を0.525cm、0.870cm及び1.170cmの3種類とした。実施例1〜4及び比較例1〜5で採用したそれぞれのセンターピン20の直径d、厚さt及び体積の関係、缶底側の絶縁板16に形成された空隙の中央穴径D、高さh及び体積Yの関係を表1に纏めて示した。なお、各実施例及び比較例に共通する電池の外形は、直径1.8cm、高さ6.5cmの円筒状であり、電池内の全空間体積Zは14.5cm3一定となるようにした。また、各実施例及び比較例に共通する電池の設計容量は2700mAhである。
The thin
[加熱試験]
上述のようにして作製された各実施例及び比較例に共通する電池について、それぞれ10個ずつ、1It=2700mAの定電流で電池電圧が4.40Vになるまで充電し、電池電圧が4.40Vに達したあとは4.40Vの定電圧で充電電流が1/50It=54mAとなるまで充電し、満充電状態とした。これらの満充電状態とされた電池について、電池外装缶17の缶底中央部に対し、45°の角度でガスバーナーの炎の先端部が接触するようにして炙り、缶裂けや破裂が生じるか否かについて検討した。結果は、缶裂け、破裂等の異常が生じることなく、電池の中身が飛び出さないものを良品と判定した。各実施例及び比較例について得られた結果を表1に纏めて示した。なお、表1中における判定結果の欄の数値は、(缶裂けした電池個数/試験に供した電池個数)を示す
[Heating test]
Regarding the batteries common to each of the examples and comparative examples manufactured as described above, 10 batteries are charged at a constant current of 1 It = 2700 mA until the battery voltage reaches 4.40 V, and the battery voltage is 4.40 V. Then, the battery was charged at a constant voltage of 4.40 V until the charging current reached 1/50 It = 54 mA, and the battery was fully charged. For these fully-charged batteries, whether the tip of the flame of the gas burner is in contact with the center of the bottom of the battery outer can 17 at an angle of 45 °, can the can tear or burst? We examined whether or not. As a result, a battery in which the contents of the battery did not pop out without causing abnormalities such as can tearing and rupturing was judged as a good product. The results obtained for each example and comparative example are summarized in Table 1. In addition, the numerical value in the column of the determination result in Table 1 indicates (number of cans torn battery / number of batteries used for test).
また、表1に示した結果を、横軸をセンターピンの内部体積Xとし、縦軸を缶底空隙体積Yとしたグラフに表すと、図3に示すとおりとなる。なお、図3においては、缶裂けが生じたものを「X」印で、缶裂けが生じなかったものを「○」印で示してあり、また、実施例1〜4に対応する位置をそれぞれE1〜E4で示し、比較例1〜5に対応する位置はそれぞれR1〜R5で示してある。 Moreover, when the result shown in Table 1 is represented in a graph in which the horizontal axis is the internal volume X of the center pin and the vertical axis is the can bottom gap volume Y, the result is as shown in FIG. In addition, in FIG. 3, the thing which can tears is shown by "X" mark, and the thing where can tear did not arise is shown by "(circle)", Moreover, the position corresponding to Examples 1-4 is each shown. The positions indicated by E1 to E4 and corresponding to Comparative Examples 1 to 5 are indicated by R1 to R5, respectively.
図3に示した結果から、以下のことが分かる。すなわち、センターピンの内部体積X=0.218cm3が臨界点となり、X>0.218cm3の範囲(比較例4(R4))では缶裂け等が生じないが、X=0.218cm3では缶裂けが生じるもの(比較例1〜3(R1からR3))と生じないもの(実施例1、2(E1、E2)とが存在する。このX>0.218cm3の範囲は図3においてOKzoneとして示されている。また、X<0.218cm3の範囲では、Y=−0.14X+0.16で表される直線の上側(Y>−0.14X+0.16の範囲)であれば、缶裂けが生じないが、下側(Y<−0.14X+0.16の範囲)であれば、缶裂けが生じている。なお、図3においては、X<0.218cm3の範囲で、Y>−0.14X+0.16の範囲はOKzoneとして、示されており、Y<−0.14X+0.16の範囲はNGzoneとして示されている。 From the results shown in FIG. 3, the following can be understood. That is, the internal volume X = 0.218 cm 3 of the center pin becomes a critical point, and in the range of X> 0.218 cm 3 (Comparative Example 4 (R4)), there is no can tear or the like, but in X = 0.218 cm 3 There are those in which can tearing occurs (Comparative Examples 1 to 3 (R1 to R3)) and those that do not occur (Examples 1 and 2 (E1, E2). The range of X> 0.218 cm 3 in FIG. Also, in the range of X <0.218 cm 3 , if it is above the straight line represented by Y = −0.14X + 0.16 (range of Y> −0.14X + 0.16), Can tear does not occur, but if it is on the lower side (in the range of Y <−0.14X + 0.16), can tear has occurred.In FIG. 3, in the range of X <0.218 cm 3 , > -0.14X + 0.16 range is OKzon As has been shown, the scope of Y <-0.14X + 0.16 is shown as NGzone.
X>0.218cm3の範囲(比較例4(R4))では缶裂け等が生じない理由は、センターピンの内部体積Xが大きいため、電池内部で発生したガスをセンターピンの内部に溜めることができるからであると考えられる。しかしながら、このようにセンターピンの内部体積Xを大きくすると、その分だけ電池外装缶内の巻回電極体の占有体積が減少するため電池容量が低下してしまうので、ここではX>0.218cm3の範囲は比較例とした。また、センターピンの内部体積が小さい範囲では、非水電解質二次電池の全空間体積Zが大きくなるにしたがって電池外装缶が破裂しないようにするために必要な缶底空隙の体積Yも大きくなると考えられる。そこで、一般化するために、センターピンの内部体積X=0.218cm3を電池の全空間体積Z=14.5cm3を用いて表すと、
X=0.218
=0.218(Z/14.5)
=0.015Z
となる。
In the range of X> 0.218 cm 3 (Comparative Example 4 (R4)), the reason why can tearing does not occur is that the internal volume X of the center pin is large, so that the gas generated inside the battery is stored inside the center pin. This is thought to be possible. However, when the internal volume X of the center pin is increased in this way, the occupied capacity of the wound electrode body in the battery outer can decreases accordingly, so that the battery capacity is lowered. Here, X> 0.218 cm The range of 3 was a comparative example. In addition, in the range where the internal volume of the center pin is small, the volume Y of the can bottom gap required to prevent the battery outer can from bursting as the total space volume Z of the nonaqueous electrolyte secondary battery increases. Conceivable. In order to generalize, the internal volume X = 0.218cm 3 of the center pin represented using the entire space volume Z = 14.5cm 3 of the battery,
X = 0.218
= 0.218 (Z / 14.5)
= 0.015Z
It becomes.
すなわち、センターピンの内部体積Xは、X>0.015Zの範囲であれば、電池外装缶の缶裂け等の不都合は生じないが、この範囲では電池容量が低下してしまうために好ましくない。また、センターピンの内部体積Xが小さい範囲、すなわち、X≦0.015Zの範囲では、Y≧−0.14X+0.16の範囲であれば電池外装缶の缶裂け等が生じないが、Y<−0.14X+0.16の範囲であれば電池外装缶の缶裂け等が生じてしまうことがわかる。このことは、センターピンの内部体積Xを小さくしても、缶底間隙の体積Yを大きくすることによって、電池外装缶の缶裂け等を抑制できることを意味する。しかも、センターピンの内部体積Xを小さくすると、その分だけ電池外装缶内の巻回電極体の占有体積を増加させることができるため、電池容量の増大化を図ることができる。なお、缶底空隙体積Yはセンターピンと缶底側の絶縁板に形成した開孔によって形成されるものであるため、缶底空隙体積Yを大きくしても電池容量に影響を及ぼすことはない。 That is, if the internal volume X of the center pin is in the range of X> 0.015Z, there is no inconvenience such as tearing of the battery outer can, but this range is not preferable because the battery capacity decreases. Further, in the range where the internal volume X of the center pin is small, that is, in the range of X ≦ 0.015Z, if the range of Y ≧ −0.14X + 0.16, tearing of the battery outer can does not occur, but Y < It can be seen that if the range is −0.14X + 0.16, the battery outer can can be torn. This means that even if the internal volume X of the center pin is reduced, can tearing of the battery outer can can be suppressed by increasing the volume Y of the can bottom gap. In addition, when the internal volume X of the center pin is reduced, the occupied volume of the wound electrode body in the battery outer can can be increased by that amount, so that the battery capacity can be increased. Note that the can bottom pore volume Y is because it is intended to be formed by the open hole formed in the insulating plate of the center pin and the can bottom side, it does not affect the battery capacity by increasing the can bottom void volume Y.
なお、上述の実施例1〜4においては、負極板12も負極集電タブ12aを備え、この負極集電タブ12aを電池外装缶17の内側底部に溶接した例を示したが、この負極集電タブ12aは電池外装缶17との間の電気的接続が確実に取れれば電池外装缶17の何処に溶接してもよく、或いは最外周側の電極が直接電池外装缶17と接触するように形成してもよい。さらに、本発明の実施例1〜4においては、正極板11が内周側に、負極板12が外周側にある渦巻状に巻回された巻回電極体14の場合について述べたが、正極板11と負極板12との配置を逆にしても同様の作用の効果を奏する。
In Examples 1 to 4 described above, the
10…非水電解質二次電池 11…正極板 11a…正極集電タブ 12…負極板 12a…負極集電タブ 13…セパレータ 14…巻回電極体 14a…中空部 15…絶縁板 15a…(絶縁板の)開孔 16…絶縁板 16a…(絶縁板の)開孔 17…電池外装缶 18…電流遮断封口体 19…正極端子 20…センターピン 20a…スリット 21…ガスケット D…中央穴径 d…直径 X…(センターピンの)内部体積 Y…缶底空隙体積 Z…全空間体積
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記センターピンにおける、前記巻回電極体から前記電池外装缶の底部側に突出する部分の周囲には空隙部が形成され、
前記センターピンの内部体積をXcm3、
前記センターピンを中心とする電池外装缶の缶底の空隙部の体積をYcm3、
前記電池外装缶内の総体積をZcm3、
とするとき、
Y≧−0.14X+0.16
X≦0.015Z
の条件を満たすことを特徴とする非水電解質二次電池。 A wound electrode body formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate opposed to each other with a separator in a shape having a hollow portion at the center, a hollow center pin inserted into the hollow portion, and the winding In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a battery outer can that houses an electrode body, and an external terminal that also serves as a safety valve that discharges gas when the gas pressure in the battery outer can exceeds a specified value .
Before Symbol center pin, the gap portion is formed from the spirally wound electrode body around a portion protruding to the bottom side of the battery outer can,
The internal volume of the center pin is Xcm 3 ,
The volume of the space at the bottom of the battery outer can centered on the center pin is Ycm 3 ,
The total volume in the battery outer can is Zcm 3 ,
And when
Y ≧ −0.14X + 0.16
X ≦ 0.015Z
A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by satisfying the following conditions.
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