JP2004311282A - Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充放電サイクルや高温保存特性に優れた非水電解液二次電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報端末等の携帯電子機器の性能は、搭載される半導体素子、電子回路だけでなく、充放電可能な二次電池の性能に大きく依存しており、搭載される二次電池の容量アップと共に、軽量・コンパクト化をも同時に実現することが望まれている。これらの要望に答える二次電池として、ニッケルカドミウム蓄電池の約２倍のエネルギー密度を有する、ニッケル水素蓄電池が開発され、次いで、これを上回るリチウム二次電池が開発され、主流になっている。
【０００３】
このリチウム二次電池は、活物質（正極活物質または負極活物質）、導電剤、結着剤（バインダー）等を分散媒に混練分散したペースト状合剤を、集電体の片面もしくは両面に塗着、乾燥し、圧延して所定の厚みにしたものを、所定の形状に切断することにより作製された正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回や積層した極板群を円筒形、角形や扁平形の電池ケースに収納し、非水電解液を注液した後、かしめ封口やレ−ザ−封口することによって構成されている。
【０００４】
また、リチウム二次電池の正極板は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように正極板１１の正極活物質無地部３１に正極リード１２の一端側が接続され、他端側が正極端子に接続されており、正極リード１２には正極絶縁テープ３２が貼着されている。
【０００５】
このとき集電体の片面に間欠塗着、乾燥した後、その裏面にも間欠塗着、乾燥した後、圧延した場合、前記片面の塗着終端部３５ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部３５ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部３５ｃには厚みが薄いダレ部、始端部３５ｄには厚みが厚い突起部が生じるが、３５ｄはこの突起部を除去した場合を示す。
【０００６】
従って、この始端部の突起部を除去することがあっても、終端部のダレ部を除去していなかった。
【０００７】
負極板は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように負極板１３の負極活物質無地部４１に負極リード１４の一端側が接続され、他端側が負極端子に接続されており、負極リード１４には負極絶縁テープ４２が貼着されている。正極板の場合と同様に、塗着終端部４５ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部４５ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部４５ｃには厚みが薄いダレ部、始端部４５ｄには厚みが厚い突起部が生じるが、４５ｄはこの突起部を除去した場合を示す。
【０００８】
従って、この始端部の突起部を除去することがあっても、終端部のダレ部を除去していなかった。
【０００９】
これらのリード端子に貼着される絶縁テープは、そのまま電池ケース内に収納されるため、非水電解液に溶出しない基材および粘着剤を用いる必要があり、基材にポリイミドまたはポリオレフィンを主体とし、粘着剤がアクリル系粘着剤を用い、特定の有機系分散媒を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
しかしながら、これらの絶縁テープを極板群および負極リードに貼着した場合には問題がないが、正極リードに貼着した場合には、正極活物質、絶縁テープ、セパレータが接触する部分において、正極板と絶縁テープとの電位差が生じ、絶縁テープと正極活物質との反応により、正極活物質中に含まれるコバルトをはじめとする金属還元体が溶出して、セパレータに目詰まりを生じさせ、微小ショートによる電圧不良を発生させる。
【００１１】
正極板と絶縁テープとの間に電位差が生じる理由は、リチウムイオンを放出する正極活物質領域に対向する負極活物質領域中に不可逆容量としてリチウム量が残存するのに対して、正極無地部領域に対向する負極活物質領域では存在しない為に、リチウムイオンを放出する正極活物質領域に対向する負極活物質領域の方が対リチウム酸化還元電位で約０．１Ｖ低くなるからである。
【００１２】
正極活物質層終端部は、間欠塗着時にノズルを閉じても正極活物質の比重が重い為にダレが生じ、他の部分と比べて正極活物質の割合が相対的に高くなっている。
【００１３】
さらに、電池の高容量化を図るために正極活物質の充填密度を増加させ、極板群の緊縛率を増加させた場合には、より密着した状態となる為より絶縁テープと正極活物質との反応が顕著となり、電池の高容量化や小型化の進展を阻害する課題となっていた。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−１４２０８９号公報
【特許文献２】
特開平１０−０１２２７７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題に鑑み、充放電サイクルや高温保存をしても、微小ショートによる電圧不良や電池容量の低下を引き起こさない非水電化液二次電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明は、正極板の正極リード位置が対向する負極の負極活物質層領域内に配設されるようにセパレータを介して絶縁した極板群と電解液を上部が開口している有底の電池ケースに収納し、開口部を密閉する非水電解液二次電池の製造方法において、前記正極リードを間欠塗着により塗着した正極活物質層終端部の正極活物質のリッチな部分を除去した無地部に溶接し、絶縁テープで前記リードを被覆することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法であり、前記正極活物質がリチウム含有コバルト酸化物である場合に、より効果を発揮することができる。また、前記塗着終端部を回転する軸付き円筒形ブラシにて除去するが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、円筒型リチウム二次電池の縦断面図である。
【００１９】
上部が開口している有底の電池ケース１８内に正極板１１と負極板１３とをセパレータ１５を介して絶縁された状態で渦巻状に巻回された極板群が収容され、正極板１１に接続された正極リード１２の他端部が、電池ケース１８の開口部をガスケット１９を介して封口する封口板に接続され、負極板に接続された負極リード１４の他端部が、電池ケース１８の底部に接続されており、極板群上下部にはそれぞれ絶縁板１６、１７が配設されている。
【００２０】
この正極板１１は次のようにして作製する。まず、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された厚み１０μｍ〜６０μｍの箔からなる集電体の片面に正極活物質と結着剤、必要に応じて導電剤、増粘剤を分散媒に混練分散させたペーストを間欠塗着、乾燥した後、その裏面にも間欠塗着、乾燥した後、圧延する。
【００２１】
この圧延後の正極板１１の平面図を図３（ａ）、断面図を図３（ｂ）に示す。
前記片面の塗着終端部３４ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部３４ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部３４ｃには厚みが薄いダレ部、始端部３４ｄには厚みが厚い突起部が生じるが、終端部３４ａ、３４ｃは、間欠塗着時にノズルを閉じても正極活物質の比重が重い為にダレが生じ、他の部分と比べて正極活物質の割合が相対的に高くなっているので除去する必要がある。
【００２２】
また、始端部３４ｂ、３４ｄの厚みが厚い突起部は、正極活物質の割合が均一な為、除去する必要はないが、突起部が大きすぎると巻回したときに均一な巻き状態の極板群が得られないので、除去しても良い。
【００２３】
除去するには、回転する軸付き円筒形ブラシにて除去する方法が容易である。
【００２４】
このようにして形成した正極活物質無地部３１に正極リード１２の一端側を接続し、正極絶縁テープ３２にて正極リード１２を貼着すれば良いが、正極リード１２、正極活物質無地部３１の位置ずれや、塗着始端部、終端部のバリや脱落等を考慮すると、正極リード、正極活物質無地部、塗着始端部、終端部を被覆するのが好ましい。
【００２５】
この正極活物質の割合が相対的に高くなっている終端部を除去することによって、正極活物質層の充填密度や極板群の緊縛率を増加させて電池の高容量化を図っても、微小ショートによる電圧不良や電池容量の低下を引き起こさないリチウム二次電池が得られる。
【００２６】
正極活物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏｘＮｉ（１−ｘ）Ｏ２（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ２、αＬｉＦｅＯ２、ＬｉＶＯ２等が好ましい。
【００２７】
結着剤としては、分散媒に混練分散できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、フッ素系結着材やアクリルゴム、変性アクリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリル系重合体、ビニル系重合体等を単独、或いは二種類以上の混合物または共重合体として用いることができる。フッ素系結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンの共重合体やポリテトラフルオロエチレン樹脂のディスパージョンが好ましい。
【００２８】
必要に応じて導電剤、増粘剤を加えることができ、導電剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等を単独、或いは二種類以上の混合物が好ましく、増粘剤としてはエチレン−ビニルアルコール共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどが好ましい。
【００２９】
分散媒としては、結着剤が溶解可能な分散媒が適切で、有機系結着剤の場合は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン等の有機系分散媒を単独、またはこれらを混合した混合分散媒が好ましく、水系結着剤の場合は水や温水が好ましい。
【００３０】
ところで、本発明における活物質、結着剤、必要に応じて加える導電剤を分散媒に混練分散させてペースト状合剤を作製する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ピンミキサー、ニーダー、ホモジナイザー等を用いることができる。これらを単独、或いは組み合わせて使用することも可能である。
【００３１】
また、上記ペースト状合剤の混練分散時に、各種分散剤、界面活性剤、安定剤等を必要に応じて添加することも可能である。
【００３２】
塗着乾燥は、特に限定されるものではなく、上記のように混錬分散させたペースト状合剤を、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーター等を用いて、容易に塗着することができ、自然乾燥に近い乾燥が好ましいが、生産性を考慮すると７０℃〜１５０℃の温度で１時間〜１分間乾燥させるのが好ましい。
【００３３】
圧延は、ロールプレス機によって所定の厚みになるまで、線圧１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍで数回圧延を行うか、線圧を変えて圧延するのが好ましい。
【００３４】
正極絶縁テープ３２は、基材と粘着層から構成され、基材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系の樹脂、粘着層としては、天然ゴム、イソブチルゴム、スチレンブタジエンゴムから選ばれた少なくとも一種からなる粘着層を挙げることができ、基材の厚みを２０μｍ〜６０μｍ、粘着剤の厚みを２０μｍ〜８０μｍの範囲が好ましい。
【００３５】
また、負極板１３は次のようにして作製する。まず、銅製の箔、ラス加工を施した箔、またはエッチング処理された厚み１０μｍ〜５０μｍの箔からなる集電体の片面に負極活物質と結着剤、必要に応じて導電助剤、増粘剤を分散媒に混練分散させたペーストを間欠塗着、乾燥した後、その裏面にも間欠塗着、乾燥した後、圧延する。
【００３６】
この圧延後の負極板１３の平面図を図３（ｃ）、断面図を図３（ｄ）に示す。
正極板と同様に前記片面の塗着終端部４４ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部４４ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部４４ｃには厚みが薄いダレ部、始端部４４ｄには厚みが厚い突起部が生じるが、負極板と絶縁テープとの電位差が生じることがないので、終端部の厚みが薄いダレ部を除去する必要はない。
【００３７】
また、始端部４４ｂ、４４ｄの厚みが厚い突起部は、その突起部が大きすぎると巻回したときに均一な巻き状態の極板群が得られないので、除去しても良い。
【００３８】
除去するには、正極板と同様に回転する軸付き円筒形ブラシにて除去する方法が容易である。
【００３９】
このようにして形成した負極活物質無地部４１に負極リード１４の一端側を接続し、負極絶縁テープ４２にて負極リード１４を貼着すればよいが、正極板と同様の理由で、負極リード、負極活物質無地部、塗着始端部、終端部を被覆するのが好ましい。
【００４０】
負極活物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機高分子化合物（フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を焼成することにより得られる炭素材料、コークスやピッチを焼成することにより得られる炭素材料、或いは人造グラファイト、天然グラファイト等を、その形状としては、球状、鱗片状、塊状のものを用いることができる。
【００４１】
結着剤、必要に応じて添加できる増粘剤としては、正極板と同様の結着剤を用いることができる。
【００４２】
セパレータ１５としては、厚さ１５μｍ〜３０μｍポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。
このようにして得られた正極板１１と負極板１２とをセパレータ１５を介して渦巻き状に巻回して極板群を作製するには、極板フープに一定のテンションを維持しつつ正極リード１２を溶接して取付け、絶縁テープ３２を貼着した後、正極板１１の正極リード１２の位置が対向する負極板１３の負極活物質層領域内に配設されるように渦巻状に巻回した電極群を、上部が開口している有底の電池ケース１８内に収容する。
【００４３】
さらに電池ケース１８内には、非水電解液が注液され、続いて安全機構を設けた封口板２０が絶縁ガスケット１９を介して電池ケース１８の開口部の周縁部を内方にかしめ加工することにより密閉されている。
【００４４】
非水電解液としては、非水溶媒に電解質を溶解することにより、調整される。前記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジクロロエタン、１，３−ジメトキシプロパン、４−メチル−２−ペンタノン、１，４−ジオキサン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、スルホラン、３−メチル−スルホラン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等を用いることができ、これらの非水溶媒は、単独或いは二種類以上の混合溶媒として、使用することができる。
【００４５】
非水電解液に含まれる電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００４６】
【実施例】
本発明を実施例および比較例を用いて、詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
【００４７】
正極板１１は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２の粉末１００質量部、導電剤としてアセチレンブラック５質量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョン（固形分５０質量％）を７質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水溶液（固形分１質量％）を８３質量部配合して、プラネタリーミキサーにより１２０分間混練分散させた正極ペーストを作製した。
【００４８】
次に、この正極ペーストを厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔上にスリットダイコーターを用いて片面に塗着し、１２０℃で１０分間乾燥した後、裏面も同様にして塗着、乾燥させた後、厚さが１３０μｍになるように、線圧１０００ｋｇ／ｃｍで２回圧延した。
【００４９】
この圧延した正極板は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記片面の塗着終端部３４ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部３４ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部３４ｃには厚みが薄いダレ部、始端部３４ｄには厚みが厚い突起部が生じた。終端部３４ａ、３４ｃは、間欠塗着時にノズルを閉じても正極活物質の比重が重い為にダレが生じ、他の部分と比べて正極活物質の割合が相対的に高くなっているので、これらの終端部から５ｍｍの幅で、回転する軸付き円筒形ブラシにて除去することによって、図２（ｂ）に示すように、正極活物質の割合が相対的に高くなっている部分を除去した終端部３３ａ、３３ｃを形成した。
【００５０】
また、前記始端部３４ｂ、３４ｄは突起が大きかったので、始端部から４ｍｍの幅で回転する軸付き円筒形ブラシにて除去することによって、図２（ｂ）に示すように、突起部を除去した始端部３３ｂ、３３ｄを形成した。
【００５１】
このようにして形成した正極活物質無地部３１にアルミニウム製で幅４．５ｍｍ、長さ６７ｍｍの正極リード１２の一端側をスポット溶接して取付け、正極リード１２には正極絶縁テープ３２を貼着した。
【００５２】
なお、正極絶縁テープ３２には、基材がＰＴＦＥからなるフッ素樹脂製で厚みが３０μｍ、粘着剤がスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）製で厚みが３０μｍで、寸法が幅５．５ｍｍ、長さ７０ｍｍのものを用い、前記片面の正極リード１２、終端部３３ａ、始端部３３ｂ及び裏面の終端部３３ｃ、始端部３３ｄを被覆するように貼着した。
【００５３】
また、負極板１３は次のようにして作製した。まず、負極活物質としてリチウムを吸蔵、放出可能な鱗片状黒鉛を１００質量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水性デイスパージョン（固形分４８％）を８質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの水溶液（固形分１質量％）を８０質量部配合し、分散媒として水を加え、プラネタリーミキサーにより９０分間混練分散させた負極ペーストを作製した。
【００５４】
次に、この負極ペーストを、厚さ１４μｍの帯状の銅箔上にスリットダイコーターを用いて片面に塗着し、１２０℃で１０分間乾燥した後、裏面も同様にして塗着、乾燥させた後、厚さが１８０μｍになるように線圧１１０Ｋｇ／ｃｍで３回圧延した。
【００５５】
この圧延した負極板は、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、前記片面の塗着終端部４４ａには厚みが薄いダレ部が生じ、始端部４４ｂには厚みが厚い突起部が生じ、その裏面の塗着終端部４４ｃには厚みが薄いダレ部、始端部４４ｄには厚みが厚い突起部が生じたが、負極板と絶縁テープとの電位差が生じることがないが、前記始端部４４ｂ、４４ｄは突起が大きかったので、正極板と同様に、始端部から４ｍｍの幅で回転する軸付き円筒形ブラシにて除去することによって、図２（ｄ）に示すように、突起部を除去した始端部４３ｂ、４３ｄを形成した。
【００５６】
この無地部１２にニッケル製で幅４．０ｍｍ、長さ５３ｍｍの負極リードをスポット溶接して取付け、さらに基材がＰＴＦＥからなるフッ素樹脂で厚みが３０μｍ、粘着剤がイソブチルゴムで厚みが３０μｍで、顔料が平均粒径３．０μｍの二酸化チタン粉からなり、寸法が幅５．０ｍｍ、長さ６２ｍｍの負極粘着テープ１６を、前記負極リード４を被覆し、負極活物質層と接触しないように貼着した。
【００５７】
このようにして形成した負極活物質無地部４１にニッケル製で幅４．０ｍｍ、長さ３８．０ｍｍの負極リード１４の一端側をスポット溶接して取付け、負極リード１４には負極絶縁テープ４２を貼着した。
【００５８】
なお、負極絶縁テープ４２には、基材がＰＴＦＥからなるフッ素樹脂製で厚みが２０μｍ、粘着剤がイソブチルゴム製で厚みが２５μｍで、寸法が幅５．５ｍｍ、長さ３４．０ｍｍのものを用い、前記片面の負極リード１４、終端部４３ａ、始端部４３ｂ及び裏面の終端部４３ｃ、始端部４３ｄを被覆するように貼着した。
【００５９】
このようにして作製した正極板１１と負極板１３とを厚さ２５μｍの微多孔性のポリエチレン樹脂製のセパレータ１５を介して絶縁され、正極板１１の正極リード１２の位置が対向する負極板１３の負極活物質層領域内に配設されるように渦巻状に巻回されている極板群の巻き終端部を正極板１１で用いた正極粘着テープ３２にて群固定した後、図１に示すような上部が開口している有底の電池ケース１８内に収容し、正極板１１に接続された正極リード１２の他端部を封口板２０に接続し、負極板１３に接続された負極リード１４の他端部を、電池ケース１８の底部に接続した。
【００６０】
この極板群の上下それぞれに上部絶縁板１６、下部絶縁板１７を配した。
【００６１】
さらに、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートの混合溶媒中に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１．３モル溶かした電解液を所定量注液した後、ポリプロピレン樹脂製のガスケット１９を介して電池ケース１８を封口板２０で密封して、１８６５０サイズで電池容量が２０００ｍＡｈの電池を作製し、実施例１の電池とした。
【００６２】
（実施例２）
負極板は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、突起部の大きかった塗着始端部４５ｄのみを除去した以外は、実施例１と同様にして、１８６５０サイズで電池容量が２０００ｍＡｈの電池を作製し、実施例２の電池とした。
【００６３】
（実施例３）
正極板は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁テープ３６の幅を正極活物質無地部の幅より０．５ｍｍ短い長さのものを用いた以外は実施例１と同様にして、１８６５０サイズで電池容量が２０００ｍＡｈの電池を作製し、実施例２の電池とした。
【００６４】
（比較例１）
正極板は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、終端部３５ａ、３５ｃの正極活物質が相対的に多い部分を除去した無地部としなかった以外は実施例１と同様にして、１８６５０サイズで電池容量が２０００ｍＡｈの電池を作製し、比較例１の電池とした。
【００６５】
このようにして作製した実施例１〜実施例３、比較例１の電池について、充放電サイクル試験と高温保存試験を各２０のサンプルを用意して実施した。
【００６６】
充放電サイクル試験は、充電は４．２Ｖで２時間の定電流−定電圧充電を行った。電池電圧が４．２Ｖに達するまでは２０００ｍＡ（１ＩｔＡ）の定電流充電を行い、その後、電流値が減衰して１００ｍＡ（０．０５ＩｔＡ）になるまで充電した後、２０００ｍＡの定電流で３．０Ｖの放電終止電圧まで放電する充放電サイクルを２０℃の環境下で、５００サイクル繰り返し、３サイクル目を１００％とした場合の５００サイクル目の容量維持率を求めた平均値の結果を表１に示す。
【００６７】
高温保存特性はこの充放電サイクルを３サイクル繰り返した後、前記充電条件で充電状態にし、８０℃の環境下で７２時間放置後、２０℃に冷却し、前記と同様の充放電条件で３サイクル繰り返した。この８０℃保存前と保存後の容量比を高温保存後の容量回復率として求めた平均値の結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
表１から明らかなように、正極リードを間欠塗着により塗着した正極活物質層終端部の正極活物質のリッチな部分を除去した無地部に溶接し、絶縁テープで前記リードを被覆することよって、正極活物質の割合が相対的に高くなっている終端部を除去することができ、充放電サイクルや高温保存をしても、微小ショートによる電圧不良や電池容量の低下を引き起こさない非水電解液二次電池が得られることがわかった。
【００７０】
また、実施例１と実施例２の比較から、実施例１の場合、負極板の始端部の突起部を除去することによって、極板群の巻き状態が良いので、充放電サイクル特性が僅かに良くなることがわかり、実施例１と実施例３の比較から、絶縁テープで塗着終端部および始端部を被覆しなかった実施例３の場合、塗着終端部および始端部からの活物質の脱落により、充放電サイクル特性が僅かに悪くなったと思われる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、充放電サイクルや高温保存特性に優れた非水電解液二次電池の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒型リチウム二次電池の縦断面図
【図２】（ａ）本発明の実施形態に係る正極板の平面図
（ｂ）本発明の実施形態に係る正極板の断面図
（ｃ）本発明の実施形態に係る負極板の平面図
（ｄ）本発明の実施形態に係る負極板の断面図
【図３】（ａ）本発明の実施形態に係る圧延後正極板の平面図
（ｂ）本発明の実施形態に係る圧延後正極板の断面図
（ｃ）本発明の実施形態に係る圧延後負極板の平面図
（ｄ）本発明の実施形態に係る圧延後負極板の断面図
【図４】（ａ）本発明の実施形態に係る別の負極板の平面図
（ｂ）本発明の実施形態に係る別の負極板の断面図
【図５】（ａ）本発明の実施形態に係る別の正極板の平面図
（ｂ）本発明の実施形態に係る別の正極板の断面図
【図６】（ａ）従来例に係る正極板の平面図
（ｂ）従来例に係る正極板の断面図
【符号の説明】
１１ 正極板
１２ 正極リード
１３ 負極板
１４ 負極リード
１５ セパレータ
１６ 上部絶縁板
１７ 下部絶縁板
１８ 電池ケース
１９ 絶縁ガスケット
２０ 封口板
３１ 正極活物質無地部
３２、３６ 正極絶縁テープ
３３、３４ 正極活物質層
３３ａ、３４ａ 正極活物質片面塗着終端部
３３ｂ、３４ｂ 正極活物質片面塗着始端部
３３ｃ、３４ｃ 正極活物質裏面塗着終端部
３３ｄ、３４ｄ 正極活物質裏面塗着始端部
４１ 負極活物質無地部
４２ 負極絶縁テープ
４３ａ、４４ａ 負極活物質片面塗着終端部
４３ｂ、４４ｂ 負極活物質片面塗着始端部
４３ｃ、４４ｃ 負極活物質裏面塗着終端部
４３ｄ、４４ｄ 負極活物質裏面塗着始端部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycles and high-temperature storage characteristics.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the performance of portable electronic devices such as mobile phones and personal digital assistants largely depends on the performance of rechargeable rechargeable batteries as well as the semiconductor elements and electronic circuits to be mounted. It is desired that the battery be lighter and more compact at the same time as the battery capacity is increased. As a secondary battery that meets these demands, a nickel-metal hydride storage battery having an energy density about twice that of a nickel cadmium storage battery has been developed, and then a lithium secondary battery having a higher energy density has been developed and has become mainstream.
[0003]
In this lithium secondary battery, a paste-like mixture obtained by kneading and dispersing an active material (a positive electrode active material or a negative electrode active material), a conductive agent, a binder (binder), and the like in a dispersion medium is applied to one or both surfaces of a current collector. An electrode plate group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate produced by coating, drying, rolling, and rolling to a predetermined thickness, and cutting into a predetermined shape are spirally wound or laminated via a separator. Is housed in a cylindrical, square or flat battery case, a non-aqueous electrolyte is injected, and then swaged or laser-sealed.
[0004]
6A and 6B, one end of the
[0005]
At this time, after intermittent coating on one side of the current collector, after drying, intermittent coating on the back side, after drying, and rolling, when the coating end portion 35a on one side, a thin sagging portion occurs, A thick protrusion is formed at the
[0006]
Therefore, even if the projection at the start end is removed, the sag at the end is not removed.
[0007]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the negative electrode plate has one end of the
[0008]
Therefore, even if the projection at the start end is removed, the sag at the end is not removed.
[0009]
Since the insulating tape to be attached to these lead terminals is stored in the battery case as it is, it is necessary to use a base material and an adhesive that do not elute in the nonaqueous electrolyte, and the base material is mainly made of polyimide or polyolefin. Further, a method has been disclosed in which an acrylic pressure-sensitive adhesive is used as a pressure-sensitive adhesive and a specific organic dispersion medium is used (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0010]
However, when these insulating tapes are attached to the electrode plate group and the negative electrode lead, there is no problem.However, when these insulating tapes are attached to the positive electrode lead, the positive electrode active material, the insulating tape, and the portion where the separator contacts, the positive electrode A potential difference between the plate and the insulating tape occurs, and a reaction between the insulating tape and the positive electrode active material causes metal reductants such as cobalt contained in the positive electrode active material to elute, causing clogging of the separator and causing minute Voltage failure due to short circuit occurs.
[0011]
The reason for the potential difference between the positive electrode plate and the insulating tape is that while the amount of lithium remains as irreversible capacity in the negative electrode active material region facing the positive electrode active material region releasing lithium ions, the positive electrode uncoated region This is because the negative electrode active material region facing the positive electrode active material region that emits lithium ions has about 0.1 V lower than the negative electrode active material region that releases lithium ions in terms of the oxidation-reduction potential with respect to lithium.
[0012]
Even when the nozzle is closed at the time of intermittent coating, the positive electrode active material layer terminal portion has a large specific gravity of the positive electrode active material, causing sagging, and the ratio of the positive electrode active material is relatively higher than other portions.
[0013]
Furthermore, when the packing density of the positive electrode active material is increased to increase the capacity of the battery and the binding ratio of the electrode plate group is increased, the insulating tape and the positive electrode active material are more tightly connected because they are in a closer contact state. The reaction has become remarkable, and this has been a problem that hinders progress in increasing the capacity and miniaturization of batteries.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-7-142089
[Patent Document 2]
JP-A-10-012277
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that does not cause a voltage failure or a decrease in battery capacity due to a minute short circuit even when subjected to charge / discharge cycles or high-temperature storage.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problem is characterized in that an electrode plate group and an electrolytic solution insulated through a separator so that a positive electrode lead position of a positive electrode plate is disposed in a negative electrode active material layer region of a negative electrode facing the positive electrode plate have an upper portion. In a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery that is housed in an open bottomed battery case and hermetically closes an opening, the positive electrode active material layer terminal end portion where the positive electrode lead is applied by intermittent coating is provided. A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that a material-rich portion is removed and welded to a solid portion, and the lead is covered with an insulating tape, wherein the positive electrode active material is lithium-containing cobalt oxide. In this case, the effect can be more exhibited. Further, it is preferable to remove the coating end portion with a rotating cylindrical brush with a shaft.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical lithium secondary battery.
[0019]
A positive electrode plate 11 and a
[0020]
This positive electrode plate 11 is manufactured as follows. First, a positive electrode active material and a binder, a conductive agent and, if necessary, a dispersing medium are dispersed on one side of a current collector made of an aluminum foil or a foil having a thickness of 10 μm to 60 μm that has been subjected to lath processing or etching. After the kneaded and dispersed paste is intermittently applied and dried, it is intermittently applied to the back surface, dried and then rolled.
[0021]
FIG. 3A is a plan view of the positive electrode plate 11 after the rolling, and FIG.
A thin sagging portion is formed at the coating end portion 34a on one side, a thick protrusion is formed at the starting
[0022]
The projections having a large thickness at the start ends 34b and 34d do not need to be removed because the ratio of the positive electrode active material is uniform, but if the projections are too large, the electrode plate having a uniform winding state when wound is formed. Since no groups can be obtained, they may be removed.
[0023]
The removal is easy with a rotating cylindrical brush with a shaft.
[0024]
One end of the
[0025]
By removing the terminal end portion where the ratio of the positive electrode active material is relatively high, even if the packing density of the positive electrode active material layer and the binding rate of the electrode plate group are increased to increase the capacity of the battery, A lithium secondary battery that does not cause a voltage defect or a decrease in battery capacity due to a minute short circuit can be obtained.
[0026]
The positive electrode active material is not particularly limited. For example, a lithium-containing transition metal compound that can accept lithium ions as a guest is used. For example, a composite metal oxide of lithium and at least one metal selected from cobalt, manganese, nickel, chromium, iron and vanadium, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiCo x Ni (1-x) O 2 (0 <x <1), LiCrO 2 , ΑLiFeO 2 , LiVO 2 Are preferred.
[0027]
The binder is not particularly limited as long as it can be kneaded and dispersed in a dispersion medium. For example, a fluorine-based binder, acrylic rubber, modified acrylic rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), acrylic-based Polymers, vinyl polymers and the like can be used alone or as a mixture or copolymer of two or more. Preferred examples of the fluorine-based binder include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and propylene hexafluoride, and a dispersion of polytetrafluoroethylene resin.
[0028]
If necessary, a conductive agent and a thickener can be added. As the conductive agent, acetylene black, graphite, carbon fiber, etc., alone or a mixture of two or more types are preferable. Preferred are polymers, carboxymethylcellulose, methylcellulose and the like.
[0029]
As the dispersion medium, a dispersion medium in which a binder can be dissolved is suitable. In the case of an organic binder, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, An organic dispersion medium such as hexamethylsulfonamide, tetramethylurea, acetone, methyl ethyl ketone or the like is used alone, or a mixed dispersion medium in which these are mixed is preferable. In the case of an aqueous binder, water and warm water are preferable.
[0030]
By the way, the method of producing the paste mixture by kneading and dispersing the active material, the binder, and the conductive agent to be added as needed in the dispersion medium in the present invention is not particularly limited, for example, a planetary mixer , A homomixer, a pin mixer, a kneader, a homogenizer and the like can be used. These can be used alone or in combination.
[0031]
Further, at the time of kneading and dispersing the paste mixture, various dispersants, surfactants, stabilizers and the like can be added as necessary.
[0032]
Coating and drying is not particularly limited, and the paste mixture kneaded and dispersed as described above, for example, a slit die coater, a reverse roll coater, a lip coater, a blade coater, a knife coater, a gravure coater, It can be easily applied using a dip coater or the like, and drying close to natural drying is preferable. However, in consideration of productivity, it is preferable to dry at a temperature of 70 ° C to 150 ° C for 1 hour to 1 minute.
[0033]
Rolling is preferably performed several times at a linear pressure of 1000 to 2000 kg / cm by a roll press until a predetermined thickness is obtained, or at a different linear pressure.
[0034]
The positive
[0035]
The
[0036]
FIG. 3C is a plan view of the
As with the positive electrode plate, a thin dripping portion is formed at the coating end portion 44a on one side, a thick projection is formed at the starting
[0037]
In addition, the protrusions having a large thickness at the start ends 44b and 44d may be removed because if the protrusions are too large, an electrode group in a uniformly wound state cannot be obtained when the electrode is wound.
[0038]
The removal is easy with a cylindrical brush with a shaft that rotates similarly to the positive electrode plate.
[0039]
One end of the
[0040]
The negative electrode active material is not particularly limited. For example, a carbon material obtained by firing an organic polymer compound (phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose, and the like), a coke and a pitch obtained by firing pitch are obtained. The carbon material to be used, or artificial graphite, natural graphite, etc., may be used in the form of a sphere, scale, or lump.
[0041]
As the binder and the thickener that can be added as needed, the same binders as those for the positive electrode plate can be used.
[0042]
As the
In order to form an electrode group by spirally winding the positive electrode plate 11 and the
[0043]
Further, a non-aqueous electrolyte is injected into the
[0044]
The non-aqueous electrolyte is adjusted by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dichloroethane, 1,3-dimethoxypropane, 4- Methyl-2-pentanone, 1,4-dioxane, acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, sulfolane, 3-methyl-sulfolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, Trimethyl phosphate, triethyl phosphate and the like can be used, and these non-aqueous solvents can be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.
[0045]
As the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte, for example, a lithium salt having a strong electron-withdrawing property is used. 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 And the like. These electrolytes may be used alone or in combination of two or more. These electrolytes are preferably dissolved in the non-aqueous solvent at a concentration of 0.5 to 1.5M.
[0046]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples, but these do not limit the present invention at all.
[0047]
The positive electrode plate 11 was manufactured as follows. First, as a positive electrode active material, LiCoO 2 100 parts by mass of a powder, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, 7 parts by mass of an aqueous dispersion (solid content: 50% by mass) of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder, and an aqueous solution of carboxymethyl cellulose as a thickener (Solid content: 1% by mass) was mixed and kneaded and dispersed by a planetary mixer for 120 minutes to prepare a positive electrode paste.
[0048]
Next, this positive electrode paste was applied on one side of a 20 μm-thick strip-shaped aluminum foil using a slit die coater, dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then applied and dried on the back side in the same manner. And rolled twice at a linear pressure of 1000 kg / cm so that the thickness becomes 130 μm.
[0049]
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the rolled positive electrode plate has a thin sag portion at the coating end portion 34a on one side, and a thick protrusion portion at the
[0050]
Since the starting ends 34b and 34d had large protrusions, they were removed by a cylindrical brush with a shaft rotating with a width of 4 mm from the starting ends to remove the protrusions as shown in FIG. 2 (b). The formed start
[0051]
One end of a 4.5 mm wide, 67 mm long
[0052]
The positive
[0053]
The
[0054]
Next, this negative electrode paste was applied on one side of a 14 μm-thick strip-shaped copper foil using a slit die coater, dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then applied and dried on the back side in the same manner. Thereafter, rolling was performed three times at a linear pressure of 110 kg / cm so that the thickness became 180 μm.
[0055]
As shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), the rolled negative electrode plate has a thin sag portion at the coating end portion 44a on one side, and a thick projection portion at the
[0056]
A negative electrode lead made of nickel and having a width of 4.0 mm and a length of 53 mm was spot-welded to the
[0057]
One end of a
[0058]
The negative
[0059]
The positive electrode plate 11 and the
[0060]
An upper insulating
[0061]
Furthermore, in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, lithium hexafluorophosphate (LiPF) is used as an electrolyte. 6 ) Was injected in a predetermined amount, and the
[0062]
(Example 2)
As shown in FIGS. 4A and 4B, the negative electrode plate was 18650 size and had a battery capacity of 2000 mAh in the same manner as in Example 1 except that only the coating start
[0063]
(Example 3)
As shown in FIGS. 5A and 5B, the positive electrode plate was the same as Example 1 except that the width of the insulating
[0064]
(Comparative Example 1)
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the positive electrode plate was the same as that in Example 1 except that the
[0065]
For the batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 thus manufactured, a charge / discharge cycle test and a high-temperature storage test were prepared for each of 20 samples and performed.
[0066]
In the charge / discharge cycle test, charging was performed at 4.2 V for 2 hours under constant current-constant voltage charging. Until the battery voltage reaches 4.2 V, a constant current charge of 2000 mA (1 ItA) is performed. After that, the battery is charged until the current value attenuates to 100 mA (0.05 ItA), and then 3.0 V at a constant current of 2000 mA. Table 1 shows the average value of the capacity retention ratio at the 500th cycle when the charge / discharge cycle for discharging to the discharge end voltage was repeated 500 cycles in an environment of 20 ° C. and the third cycle was set to 100%. Show.
[0067]
The high-temperature storage characteristics are as follows. After repeating this charge / discharge cycle for 3 cycles, the battery is charged under the above-mentioned charge conditions, left at 80 ° C. for 72 hours, cooled to 20 ° C., and charged under the same charge / discharge conditions as above for 3 cycles. Repeated. Table 1 shows the results of average values obtained by determining the capacity ratio before and after storage at 80 ° C. as the capacity recovery rate after storage at high temperature.
[0068]
[Table 1]
As is clear from Table 1, the positive electrode lead was welded to the uncoated portion where the rich portion of the positive electrode active material was removed at the end of the positive electrode active material layer applied by intermittent coating, and the lead was covered with an insulating tape. Therefore, it is possible to remove the terminal portion in which the ratio of the positive electrode active material is relatively high, and to prevent non-aqueous use which does not cause a voltage failure or a decrease in battery capacity due to a minute short circuit even during a charge / discharge cycle or high-temperature storage. It was found that an electrolyte secondary battery was obtained.
[0070]
In addition, from the comparison between Example 1 and Example 2, in the case of Example 1, since the protruding portion at the start end of the negative electrode plate was removed, the winding state of the electrode group was good, and the charge / discharge cycle characteristics were slightly reduced. From the comparison between Example 1 and Example 3, it was found that in Example 3 in which the coating end portion and the starting end were not covered with the insulating tape, the active material from the coating end and the starting end were not covered. It seems that the charge / discharge cycle characteristics were slightly deteriorated due to the dropout.
[0071]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge / discharge cycles and high-temperature storage characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a plan view of a positive electrode plate according to an embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view of the positive electrode plate according to the embodiment of the present invention.
(C) A plan view of the negative electrode plate according to the embodiment of the present invention.
(D) Cross-sectional view of the negative electrode plate according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a plan view of a rolled positive electrode plate according to an embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view of the positive electrode plate after rolling according to the embodiment of the present invention.
(C) A plan view of the negative electrode plate after rolling according to the embodiment of the present invention.
(D) Sectional view of the negative electrode plate after rolling according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4A is a plan view of another negative electrode plate according to the embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view of another negative electrode plate according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a plan view of another positive electrode plate according to the embodiment of the present invention.
(B) Cross-sectional view of another positive electrode plate according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a plan view of a positive electrode plate according to a conventional example.
(B) Cross-sectional view of a positive electrode plate according to a conventional example
[Explanation of symbols]
11 Positive electrode plate
12 Positive electrode lead
13 Negative electrode plate
14 Negative electrode lead
15 Separator
16 Upper insulating plate
17 Lower insulating plate
18 Battery case
19 Insulating gasket
20 sealing plate
31 Uncoated area of positive electrode active material
32, 36 Positive insulation tape
33, 34 positive electrode active material layer
33a, 34a One-side coating end of positive electrode active material
33b, 34b Beginning end of one-side coating of positive electrode active material
33c, 34c Positive end of positive electrode active material back coating
33d, 34d Beginning end of positive electrode active material back coating
41 Negative active material uncoated area
42 Negative electrode insulating tape
43a, 44a Negative electrode active material single-sided coated end
43b, 44b Starting end of single-sided application of negative electrode active material
43c, 44c Termination end of negative electrode active material back coating
43d, 44d negative electrode active material back coating start end
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