JP2006244833A - Lithium secondary battery and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比較的大容量であってかつ高率充放電（または急速充放電）に適したリチウム二次電池およびその製造方法に関する。本発明に係る二次電池は、たとえば、ハイブリッド電池自動車に搭載される用途等において好適である。 The present invention relates to a lithium secondary battery having a relatively large capacity and suitable for high rate charge / discharge (or rapid charge / discharge), and a method for manufacturing the same. The secondary battery according to the present invention is suitable for use in, for example, a hybrid battery vehicle.
ハイブリッド電気自動車等に用いられるリチウム二次電池には、容量が大きくかつ良好な高率充放電性能を有することが求められる。このような二次電池は、高率充放電（例えば、その電池の容量Ｃに対して５Ｃ以上の電流による急速放電）され得る条件で使用されることが想定される。このように大容量のリチウム二次電池を急速に充電または放電する用途では、充放電に伴う発熱（例えば、電池の内部抵抗によるジュール発熱、あるいはリチウムイオンの出入りに伴って活物質のエントロピーが変化することによる発熱）によって電池の温度が上昇する現象を緩和することが重要な関心事となる。
この点に関し、例えば特許文献１には、正極、負極、セパレータおよびリチウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容したリチウムイオン二次電池であって、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、エネルギー容量が３０Ｗｈ以上かつ体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／Ｌ以上のリチウム二次電池が記載されている。
A lithium secondary battery used in a hybrid electric vehicle or the like is required to have a large capacity and good high rate charge / discharge performance. Such a secondary battery is assumed to be used under conditions that can be charged and discharged at a high rate (for example, rapid discharge with a current of 5 C or more with respect to the capacity C of the battery). In such applications that rapidly charge or discharge a large capacity lithium secondary battery, heat generated by charging / discharging (for example, Joule heating due to internal resistance of the battery, or entropy of the active material changes as lithium ions come in and out) It is an important concern to alleviate the phenomenon that the temperature of the battery rises due to heat generation).
In this regard, for example, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery in which a nonaqueous electrolyte containing a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium salt is contained in a battery container, and has a flat shape with a thickness of less than 12 mm. A lithium secondary battery having an energy capacity of 30 Wh or more and a volume energy density of 180 Wh / L or more is described.
特許文献１に記載の構成は、大容量の二次電池において所定の扁平形状を採用することにより、該電池の放熱性を高めることを意図している。しかしながら、単に電池の厚みを規定することのみによっては、高率充放電に伴う電池温度の上昇を十分に抑制することが困難であった。 The configuration described in Patent Document 1 is intended to enhance the heat dissipation of the battery by adopting a predetermined flat shape in a large-capacity secondary battery. However, it has been difficult to sufficiently suppress the increase in battery temperature associated with high rate charge / discharge by simply defining the thickness of the battery.
そこで本発明は、大容量でかつ高率充放電性能のよいリチウム二次電池であって、高率充放電時における電池温度の上昇がよりよく抑制されたリチウム二次電池を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、かかるリチウム二次電池を適切に製造する方法を提供することである。関連する他の目的は、かかるリチウム二次電池の設計方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a large capacity and good high-rate charge / discharge performance, in which a rise in battery temperature during high-rate charge / discharge is better suppressed. And Another object of the present invention is to provide a method for appropriately producing such a lithium secondary battery. Another related object is to provide a method for designing such a lithium secondary battery.
ここに開示される一つの発明は、正極集電体上に正極活物質を有する正極および負極集電体上に負極活物質を有する負極を含む電極ユニットと非水電解質とが扁平形状の電池容器内に封止された構成のリチウム二次電池（典型的には、リチウムイオン二次電池）に関する。該電池は、１Ｃの定電流で放電した場合における電池容量Ｃが凡そ５Ａｈ以上であり、好ましくは凡そ７Ａｈ以上である。また、該電池は、５Ｃの定電流で放電した場合における放電容量（高率放電容量）ＣHが前記容量Ｃの概ね８０％以上であり、好ましくは概ね９０％以上である。該電池を構成する電池容器の厚みＴは概ね１２ｍｍ未満である。ここで、前記厚みＴは、扁平形状の電池容器における対向する二つの幅広面（扁平面）の外側同士の間隔に相当する。前記正極集電体は、前記電池容器外に引き出された正極端子であって外部回路と連結可能な正極端子と電気的に接続されている。その正極集電体から正極端子の外部回路連結部（すなわち、外部回路との連結機能を有する部分）に至る正極側電流経路の最小断面積Ｓｐは、以下の式：
Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たす。また、前記負極集電体は、前記電池容器外に引き出された負極端子であって外部回路と連結可能な負極端子と電気的に接続されている。その負極集電体から負極端子の外部回路連結部に至る負極側電流経路の最小断面積Ｓｎは、以下の式：
Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たす。
ここで、上記電池容量Ｃおよび上記高率放電容量ＣHは、例えば、当該電池を所定の条件（典型的には定電流定電圧充電）により完全充電した後に所定の放電レートで終止電圧まで放電することによって測定することができる。
One invention disclosed herein is a battery container in which an electrode unit including a positive electrode having a positive electrode active material on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and a nonaqueous electrolyte are flat. The present invention relates to a lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) having a configuration sealed inside. The battery has a battery capacity C of about 5 Ah or more, preferably about 7 Ah or more when discharged at a constant current of 1 C. Also, the battery may discharge capacity in the case of discharging at 5C constant current (high-rate discharge capacity) C H is not less than approximately 80% of the capacity C, preferably about 90% or more. The thickness T of the battery container constituting the battery is generally less than 12 mm. Here, the thickness T corresponds to an interval between the outer sides of two opposing wide surfaces (flat surfaces) in the flat battery case. The positive electrode current collector is electrically connected to a positive electrode terminal that is drawn out of the battery container and can be connected to an external circuit. The minimum cross-sectional area Sp of the positive current path from the positive current collector to the external circuit connecting portion of the positive terminal (that is, the portion having a connecting function with the external circuit) is expressed by the following formula:
Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ;
Meet. The negative electrode current collector is electrically connected to a negative electrode terminal that is drawn out of the battery container and can be connected to an external circuit. The minimum cross-sectional area Sn of the negative electrode side current path from the negative electrode current collector to the external circuit connecting portion of the negative electrode terminal is expressed by the following formula:
Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ;
Meet.
Here, the battery capacity C and the high-rate discharge capacity C H can be, for example, to a final voltage at a predetermined discharge rate after fully charged by the battery predetermined condition (typically a constant current and constant voltage charge) and discharge Can be measured.
一般に、リチウム二次電池に求められる電池容量が大きくなるにつれて、その電池容量を確保するために必要な電池容器の容積は大きくなる。本発明の電池では、電池容器の形状が厚み１２ｍｍ未満の扁平形状に規定されていることから、該電池の電池容量が大きくなるにつれて幅広面（扁平面）の面積は大きくなる。かかる扁平形状の電池は、電池容量の割に電池容器の表面積（例えば、上記幅広面の面積）が大きい。したがって放熱性が良好である。本発明に係る電池は、さらに、その正極側電流経路および負極側電流経路が、該電池の性能に基づいてそれぞれ算出される最小断面積Ｓｐ，Ｓｎ以上の断面積を確保し得るように設計されている。このことによって、これらの電流経路における発熱を、高率充放電時においても十分に抑制することができる。本発明によると、放熱性のよい扁平形状を採用したこと、および、正極側電流経路および負極側電流経路における発熱が抑制されていることによって、充放電時（特に高率充放電時）における電池温度の上昇が少ないリチウム二次電池を実現することができる。 In general, as the battery capacity required for a lithium secondary battery increases, the volume of the battery container required to secure the battery capacity increases. In the battery according to the present invention, since the shape of the battery container is defined as a flat shape having a thickness of less than 12 mm, the area of the wide surface (flat surface) increases as the battery capacity of the battery increases. In such a flat battery, the surface area of the battery container (for example, the area of the wide surface) is large for the battery capacity. Therefore, heat dissipation is good. The battery according to the present invention is further designed such that the positive-side current path and the negative-side current path can secure a cross-sectional area greater than or equal to the minimum cross-sectional areas Sp and Sn calculated based on the performance of the battery. ing. Thus, heat generation in these current paths can be sufficiently suppressed even during high rate charge / discharge. According to the present invention, the battery at the time of charging / discharging (particularly at the time of high rate charging / discharging) is adopted by adopting a flat shape with good heat dissipation and suppressing heat generation in the positive electrode side current path and the negative electrode side current path. A lithium secondary battery with little temperature rise can be realized.
このような構成の電池において、前記正極側電流経路を形成する部材（例えば、正極集電体、正極端子）は、いずれもアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金（アルミニウムを主成分とする合金をいう。）により構成されていることが好ましい。また、前記負極側電流経路を形成する部材（例えば、負極集電体、負極端子）は、いずれも銅合金および／または銅合金（銅を主成分とする合金をいう。）により構成されていることが好ましい。 In the battery having such a configuration, the members (for example, the positive electrode current collector and the positive electrode terminal) that form the positive current path are all aluminum and / or an aluminum alloy (refers to an alloy containing aluminum as a main component). It is preferable that it is comprised by these. In addition, the members (for example, the negative electrode current collector and the negative electrode terminal) that form the negative electrode side current path are each made of a copper alloy and / or a copper alloy (referred to as an alloy containing copper as a main component). It is preferable.
ここに開示される電池の一つの好ましい態様では、前記正極集電体はシート状であって、前記正極活物質が付与されたコア部と、該コア部から引き出され前記正極活物質が付与されていない正極リード部とを有する。その正極リード部の幅は、前記コア部の幅の凡そ４０〜４５％である。一方、前記負極集電体はシート状であって、前記負極活物質が付与されたコア部と、該コア部から引き出され前記負極活物質が付与されていない負極リード部とを有する。その負極リード部の幅は、前記コア部の幅の凡そ４０〜４５％である。前記電極ユニットは、複数の前記正極と複数の前記負極とがセパレータを介して交互に積層された構造を有する。そして、前記電池をその電池容器の厚み方向から透視したとき、前記正極リード部および前記負極リード部は、前記電極ユニットの同一側に、それぞれ重なって配置されている。すなわち、複数の正極リード部同士が互いに重なり、複数の負極リード部同士が互いに重なるように配置されている。また、前記正極リード部と前記負極リード部とは互いに重ならないように配置されている。かかる態様の電池によると、正極リード部と負極リード部との接触による短絡を防止しつつ、高率充放電時における電池温度の上昇をよりよく抑制することができる。また、このような態様の電池は、正極リード部と負極リード部とが電極ユニットの同一側に引き出された構成を有するので、該電池と外部回路との接続（連結）が容易である。したがって使い勝手がよい。 In one preferable aspect of the battery disclosed herein, the positive electrode current collector is in a sheet form, and a core portion to which the positive electrode active material is applied, and a positive electrode active material that is drawn from the core portion is applied. Positive electrode lead portion. The width of the positive electrode lead portion is approximately 40 to 45% of the width of the core portion. On the other hand, the negative electrode current collector is in the form of a sheet, and has a core part to which the negative electrode active material is applied and a negative electrode lead part that is drawn from the core part and to which the negative electrode active material is not applied. The width of the negative electrode lead portion is approximately 40 to 45% of the width of the core portion. The electrode unit has a structure in which a plurality of the positive electrodes and a plurality of the negative electrodes are alternately stacked via separators. And when the said battery is seen through from the thickness direction of the battery container, the said positive electrode lead part and the said negative electrode lead part are each arrange | positioned by overlapping on the same side of the said electrode unit. That is, it arrange | positions so that several positive electrode lead parts may mutually overlap, and several negative electrode lead parts may mutually overlap. The positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion are disposed so as not to overlap each other. According to the battery of this aspect, it is possible to better suppress an increase in battery temperature during high rate charge / discharge while preventing a short circuit due to contact between the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion. Moreover, since the battery of such an aspect has the structure by which the positive electrode lead part and the negative electrode lead part were pulled out to the same side of an electrode unit, connection (connection) with this battery and an external circuit is easy. Therefore, it is easy to use.
ここに開示される電池の好ましい態様では、前記正極側電流経路および前記負極側電流経路のいずれにおいても、５Ｃの定電流で放電した場合における温度上昇幅の最大値が凡そ１５℃以下であり得る。より好ましい態様では、該温度上昇幅の最大値が凡そ１０℃以下であり得る。さらに好ましい態様では、正極側電流経路および負極側電流経路を含めた電池全体のいずれの箇所においても、５Ｃの定電流で放電した場合における温度上昇幅の最大値が凡そ１５℃以下（より好ましくは凡そ１０℃以下）であり得る。 In a preferred embodiment of the battery disclosed herein, the maximum value of the temperature rise width when discharged at a constant current of 5 C in both the positive current path and the negative current path can be about 15 ° C. or less. . In a more preferred embodiment, the maximum value of the temperature increase width may be about 10 ° C. or less. In a more preferred embodiment, the maximum value of the temperature rise width when discharged at a constant current of 5 C is about 15 ° C. or less (more preferably, in any part of the whole battery including the positive current path and the negative current path). About 10 ° C. or less).
ここに開示される他の一つの発明は、電池容量Ｃが凡そ５Ａｈ以上であり、かつ、５Ｃの定電流で放電した場合における高率放電容量ＣHが前記容量Ｃの凡そ８０％以上（好ましくは凡そ９０％以上）であって、正極集電体上に正極活物質を有する正極および負極集電体上に負極活物質を有する負極を含む電極ユニットと非水電解質とが扁平形状の（好ましくは、厚みＴが概ね１２ｍｍ未満の）電池容器内に封止された構成を有するリチウム二次電池を製造する方法に関する。その方法は、前記正極集電体から正極端子と外部回路との連結部（すなわち、正極端子のうち外部回路との連結機能を有する部分）に至る正極側電流通路の最小断面積Ｓｐが以下の式：
Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように該通路の形状を設計することを含む。また、前記負極集電体から負極端子と外部回路との連結部に至る負極側電流通路の最小断面積Ｓｎが以下の式：
Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように該通路の形状を設計することを含む。さらに、その設計された構成の正極側電流通路および負極側電流通路を備えるリチウム二次電池を構築することを含む。かかる方法によると、上述したいずれかのリチウム二次電池を効率よく設計および製造することができる。
Another one of the inventions disclosed herein is a battery capacity C is about 5Ah or more, and high-rate discharge capacity C H is more than 80% approximately of the capacitance C in the case of discharging at 5C constant current (preferably Is approximately 90% or more), and the electrode unit including the positive electrode having the positive electrode active material on the positive electrode current collector and the negative electrode having the negative electrode active material on the negative electrode current collector and the non-aqueous electrolyte have a flat shape (preferably Relates to a method of manufacturing a lithium secondary battery having a structure sealed in a battery container (thickness T is generally less than 12 mm). The method is such that the minimum cross-sectional area Sp of the positive current path extending from the positive current collector to the connecting portion between the positive terminal and the external circuit (that is, the portion having the function of connecting the positive terminal to the external circuit) is as follows: formula:
Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ;
Designing the shape of the passage to satisfy. Further, the minimum cross-sectional area Sn of the negative electrode side current path from the negative electrode current collector to the connecting portion between the negative electrode terminal and the external circuit is expressed by the following formula:
Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ;
Designing the shape of the passage to satisfy. Furthermore, it includes constructing a lithium secondary battery having a positive-side current path and a negative-side current path having the designed configuration. According to such a method, any of the above-described lithium secondary batteries can be efficiently designed and manufactured.
また、この明細書により開示される内容には以下のものが含まれる。
１Ｃの定電流で放電した場合における電池容量Ｃが凡そ５Ａｈ以上であり、かつ、５Ｃの定電流で放電した場合における高率放電容量ＣHが前記容量Ｃの凡そ８０％（好ましくは凡そ９０％以上）以上であって、正極集電体上に正極活物質を有する正極および負極集電体上に負極活物質を有する負極を含む電極ユニットと非水電解質とが扁平形状の（好ましくは、厚みＴが概ね１２ｍｍ未満の）電池容器内に封止された構成を有するリチウム二次電池を設計する方法。その設計方法は、前記正極集電体から前記電池容器の外方に引き出された正極端子に至る正極側電流通路の形状を、該通路の最小断面積Ｓｐが以下の式：
Ｓｐ［ｍｍ］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように設計することを含む。また、前記負極集電体から前記電池容器の外方に引き出された負極端子に至る負極側電流通路の形状を、該通路の最小断面積Ｓｎが以下の式：
Ｓｎ［ｍｍ］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように設計することを含む。
The contents disclosed by this specification include the following.
The battery capacity C when discharged at a constant current of 1 C is about 5 Ah or more, and the high rate discharge capacity C H when discharged at a constant current of 5 C is about 80% (preferably about 90%) of the capacity C. The electrode unit including the positive electrode having the positive electrode active material on the positive electrode current collector and the negative electrode having the negative electrode active material on the negative electrode current collector and the nonaqueous electrolyte have a flat shape (preferably a thickness). A method for designing a lithium secondary battery having a configuration sealed in a battery container (T is generally less than 12 mm). The design method is such that the shape of the positive-side current passage extending from the positive-electrode current collector to the positive-electrode terminal drawn out of the battery container has a minimum cross-sectional area Sp of the following formula:
Sp [mm] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ;
Including designing to meet. Further, the shape of the negative electrode side current passage extending from the negative electrode current collector to the negative electrode terminal drawn to the outside of the battery container has a minimum cross-sectional area Sn of the following formula:
Sn [mm] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ;
Including designing to meet.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している内容以外の技術的事項であって本発明の実施に必要な事項は、従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている技術内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that technical matters other than the contents particularly mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art. The present invention can be carried out based on the technical contents disclosed in the present specification and the common general technical knowledge in the field.
本発明は、電池容量Ｃが５Ａｈ以上（より好ましくは７Ａｈ以上）という比較的大容量のリチウム二次電池（典型的には、リチウムイオン二次電池）であって、かつ、５Ｃの定電流で放電した場合における放電容量（高率放電容量）ＣHが上記容量Ｃの８０％以上であるリチウム二次電池に関する。このように大容量でかつ高率充放電特性の良好なリチウム二次電池は、例えば、ハイブリッド電気自動車等に搭載される電池として有用である。
ここで、上記リチウム二次電池を１Ｃの定電流で放電した場合における電池容量Ｃとは、例えば、その電池を定格充電電圧で完全充電した後、該電池をその定格放電電圧（終止電圧）まで１Ｃの放電レートで放電した場合における放電容量をいう。一般に、リチウム遷移金属複合酸化物（リチウムニッケル系酸化物、リチウムコバルト系酸化物、リチウムマンガン系酸化物類）を正極活物質に用いたリチウム二次電池では、上記定格充電電圧は概ね４．０〜４．４Ｖ程度であり、上記終止電圧は概ね３Ｖ程度である。また、上記リチウム二次電池を５Ｃの定電流で放電した場合における放電容量（または高率放電容量）ＣHとは、例えば、その電池を定格充電電圧で完全充電した後、該電池をその定格放電電圧（終止電圧）まで５Ｃの放電レートで放電した場合における放電容量をいう。
本発明のより好ましい適用対象は、電池容量Ｃが５Ａｈ以上（より好ましくは７Ａｈ以上）であって、定格充電電圧で完全充電した後に１０Ｃの定電流で放電した場合における放電容量ＣHが前記容量Ｃの８０％以上（より好ましくは９０％以上）であるリチウム二次電池である。
なお、これらの特性値は本発明に係る電池の使用方法（使用条件）を何ら限定するものではない。例えば、５Ｃの定電流で放電した場合における放電容量ＣHが前記電池容量Ｃの８０％以上であるリチウム二次電池を、５Ｃを超える充電レートおよび／または放電レートにおいて使用することはもちろん可能である。
The present invention provides a relatively large capacity lithium secondary battery (typically a lithium ion secondary battery) having a battery capacity C of 5 Ah or more (more preferably 7 Ah or more), and a constant current of 5 C. discharge capacity in the case where the discharge (high-rate discharge capacity) C H is a lithium secondary battery is not less than 80% of the capacity C. Such a lithium secondary battery having a large capacity and good high rate charge / discharge characteristics is useful as a battery mounted on, for example, a hybrid electric vehicle.
Here, the battery capacity C when the lithium secondary battery is discharged at a constant current of 1 C is, for example, after the battery is fully charged at the rated charge voltage, and then the battery is reduced to its rated discharge voltage (end voltage). The discharge capacity when discharged at a discharge rate of 1C. In general, in a lithium secondary battery using a lithium transition metal composite oxide (lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide) as a positive electrode active material, the rated charging voltage is approximately 4.0. Is about 4.4V, and the end voltage is about 3V. Further, the discharge capacity (or high-rate discharge capacity) C H in the case where discharging the lithium secondary battery at 5C constant current, for example, after fully charged at the rated charging voltage the battery, the rated the battery The discharge capacity when discharged at a discharge rate of 5 C up to the discharge voltage (end voltage).
More preferred application object, a battery capacity C or higher 5Ah (more preferably at least 7Ah), the discharge capacity C H is the capacitance in the case of discharging at a constant current of 10C after fully charged at the rated charging voltage of the present invention It is a lithium secondary battery that is 80% or more (more preferably 90% or more) of C.
In addition, these characteristic values do not limit the usage method (use conditions) of the battery which concerns on this invention at all. For example, the discharge capacity C H lithium secondary battery wherein at least 80% of the battery capacity C in the case of discharging at 5C constant current, it is of course possible to use in the charge rate and / or discharge rate exceeds 5C is there.
また、一般に放電レート（放電電流値）が大きくなると、該放電レートにおいて得られる放電容量は小さくなる。そこで、例えば、１Ｃを超える種々の放電レートでそれぞれ定電流放電させた場合における放電容量ＣHを求め、その放電容量ＣHが電池容量Ｃの８０％以上（好ましくは９０％以上）となり得る最も大きい電流値を、この電池が所定の電池性能（例えば放電容量）を発揮し得る最大連続充放電電流ＩMAXとして把握することができる。上述のように５Ｃの定電流で放電した場合における放電容量ＣHが電池容量Ｃの８０％以上であるということは、この電池の最大連続充放電電流ＩMAXが少なくとも５Ｃ以上（すなわち、ＩMAX≧５Ｃ）であることを示唆している。ここに開示される発明は、このように放電容量ＣHが上記電池容量Ｃの８０％以上（好ましくは９０％以上）となり得る最も大きい電流値（すなわち、最大連続充放電電流ＩMAX）が５Ｃ以上である電池に対して好ましく適用され得る。さらに、最大連続充放電電流ＩMAXが１０Ｃ以上である電池に対しても好ましく適用され得る。 In general, when the discharge rate (discharge current value) increases, the discharge capacity obtained at the discharge rate decreases. Therefore, for example, determine the discharge capacity C H when obtained by each constant current discharge at various discharge rates above 1C, most the discharge capacity C H can become 80% or more of the battery capacity C (preferably 90% or more) A large current value can be grasped as the maximum continuous charge / discharge current I MAX at which this battery can exhibit a predetermined battery performance (for example, discharge capacity). As described above, the discharge capacity CH when the battery is discharged at a constant current of 5 C is 80% or more of the battery capacity C. This means that the maximum continuous charge / discharge current I MAX of the battery is at least 5 C (that is, I MAX ≧ 5C). In the invention disclosed herein, the largest current value (that is, the maximum continuous charging / discharging current I MAX ) at which the discharge capacity C H can be 80% or more (preferably 90% or more) of the battery capacity C is 5C. The present invention can be preferably applied to the above battery. Furthermore, it can be preferably applied to a battery having a maximum continuous charge / discharge current I MAX of 10 C or more.
本発明は、また、電池容器の厚み（すなわち、対向する二つの幅広面の外側同士の間隔）Ｔが凡そ１２ｍｍ未満（好ましくは凡そ１０ｍｍ未満）である電池に好ましく適用される。このように厚みが小さくかつ大容量の電池は、その電池容器の表面積が比較的（例えば電池容量の割に）大きなものであり得る。したがって、充放電に伴って発生する熱を効率よく放散させることができる。該電池の厚みＴの下限は特に限定されない。電池容量と電池容器のサイズ（幅広面の面積）との兼ね合いから、通常は、該厚みＴを凡そ２ｍｍ以上とすることが適当である。
ここに開示される電池を構成する電池容器の外形は、厚みＴが１２ｍｍ未満の板状または筒状であり得る。板状の電池容器においては、該板の表面および裏面が、上記対向する二つの幅広面に相当する。かかる板状電池容器を構成する幅広面の形状は、例えば、三角形、四角形（典型的には矩形）、六角形等の多角形状であり得る。また、円形、長円形等の幅広面を有する電池容器であってもよい。また、筒状の電池容器においては、該筒の外周面および内周面が、上記対向する二つの幅広面に相当する。上記厚みＴは、このような形状の電池容器の一方の幅広面の外面から他方の幅広面の外面までの距離に該当する。なお、電池容器の各部で厚みが異なる場合には、それらの平均値が１２ｍｍ未満であることが好ましく、最大値が１２ｍｍ未満であることがより好ましい。
The present invention is also preferably applied to a battery in which the thickness of the battery container (that is, the distance between the outer sides of two opposing wide surfaces) T is less than about 12 mm (preferably less than about 10 mm). Such a battery having a small thickness and a large capacity can have a relatively large surface area (for example, relative to the battery capacity) of the battery container. Therefore, the heat generated with charge / discharge can be efficiently dissipated. The lower limit of the thickness T of the battery is not particularly limited. In view of the balance between the battery capacity and the size of the battery container (the area of the wide surface), it is usually appropriate that the thickness T is approximately 2 mm or more.
The battery container constituting the battery disclosed herein may have a plate shape or a cylindrical shape having a thickness T of less than 12 mm. In the plate-shaped battery container, the front surface and the back surface of the plate correspond to the two wide surfaces facing each other. The shape of the wide surface constituting such a plate-shaped battery container may be, for example, a polygonal shape such as a triangle, a quadrangle (typically a rectangle), and a hexagon. Moreover, the battery container which has wide surfaces, such as circular and an oval, may be sufficient. Further, in the cylindrical battery case, the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylinder correspond to the two opposed wide surfaces. The thickness T corresponds to the distance from the outer surface of one wide surface of the battery container having such a shape to the outer surface of the other wide surface. In addition, when thickness differs in each part of a battery container, it is preferable that those average values are less than 12 mm, and it is more preferable that the maximum value is less than 12 mm.
前記電池容器の厚みＴは、該幅広面の長さＬおよび幅Ｗのうち小さいほうの値の凡そ１０％以下であることが好ましく、凡そ５％以下であることがより好ましい。また、電池容器の全表面積に対して、対向する二つの幅広面の合計面積の占める割合が凡そ８０％以上であることが好ましい。このように扁平度の高い電池容器を備える電池は、より放熱性に優れたものであり得る。 The thickness T of the battery container is preferably about 10% or less of the smaller value of the length L and width W of the wide surface, and more preferably about 5% or less. Moreover, it is preferable that the ratio which the total area of two opposing wide surfaces occupies is about 80% or more with respect to the total surface area of the battery container. Thus, a battery provided with a battery container with high flatness can be more excellent in heat dissipation.
かかる形状の電池を構成する電池容器の材質は特に限定されない。その電池の用途、使用環境等を考慮して適当な材料を適宜選択することができる。通常は、ある程度の剛性を発揮し得る材料からなる電池容器の使用が好ましい。例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属材料（典型的には金属板）から主として構成される電池容器を好ましく使用することができる。
電池容器のうち少なくとも幅広面を構成する壁面の厚さ（壁厚）は、凡そ１ｍｍ以下（例えば凡そ０．２〜１ｍｍ）であることが好ましく、凡そ０．７ｍｍ以下（例えば凡そ０．２〜０．７ｍｍ）であることがより好ましく、凡そ０．４ｍｍ以下（例えば凡そ０．２〜０．４ｍｍ）であることがさらに好ましい。幅広面の壁厚が大きすぎると電池の放熱性が低下傾向となる。また、電池容器の内容積が少なくなって電池の外形が大型化しがちである。電池容器の壁厚の下限は特に限定されないが、主として金属板から構成される電池容器では通常は凡そ０．２ｍｍ以上の壁厚とすることが適当である。
なお、本発明はフィルムタイプの電池容器（外装）を備える電池にも適用可能である。例えば、金属箔の両面に樹脂がラミネートされた三層構造のラミネートフィルムを電池容器として使用することができる。
The material of the battery container constituting the battery having such a shape is not particularly limited. An appropriate material can be appropriately selected in consideration of the use of the battery, the use environment, and the like. Usually, it is preferable to use a battery container made of a material that can exhibit a certain degree of rigidity. For example, a battery container mainly composed of a metal material (typically a metal plate) such as iron, stainless steel, or aluminum can be preferably used.
The wall thickness (wall thickness) constituting at least the wide surface of the battery container is preferably about 1 mm or less (for example, about 0.2 to 1 mm), preferably about 0.7 mm or less (for example, about 0.2 to 0.7 mm), more preferably about 0.4 mm or less (for example, about 0.2 to 0.4 mm). If the wall thickness of the wide surface is too large, the heat dissipation of the battery tends to decrease. In addition, the inner volume of the battery container is reduced and the outer shape of the battery tends to be enlarged. The lower limit of the wall thickness of the battery container is not particularly limited, but in the case of a battery container mainly composed of a metal plate, a wall thickness of about 0.2 mm or more is usually appropriate.
In addition, this invention is applicable also to a battery provided with a film-type battery container (exterior). For example, a laminate film having a three-layer structure in which a resin is laminated on both surfaces of a metal foil can be used as a battery container.
ここに開示される発明における電極ユニットは、正極集電体上に正極活物質を有する正極と、負極集電体上に負極活物質を有する負極とを含む。これら正極および負極の構成材料は従来公知のリチウム二次電池と同様でよく、特に限定されるものではない。
例えば、正極としては、正極活物質を主成分とする正極合材が、シート状の導電性部材（正極集電体）の片面または両面に層状に保持された構成を有するシート状の正極を好ましく使用することができる。正極集電体としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等から選択されるいずれかの金属またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金からなる箔状体を使用することができる。アルミニウム箔の使用が特に好ましい。
The electrode unit in the invention disclosed herein includes a positive electrode having a positive electrode active material on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material on a negative electrode current collector. The constituent materials of the positive electrode and the negative electrode may be the same as those of conventionally known lithium secondary batteries, and are not particularly limited.
For example, as the positive electrode, a sheet-like positive electrode having a configuration in which a positive electrode mixture mainly composed of a positive electrode active material is held in layers on one or both sides of a sheet-like conductive member (positive electrode current collector) is preferable. Can be used. As the positive electrode current collector, for example, a foil-like body made of any metal selected from aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), etc., or an alloy mainly containing any of these metals. Can be used. The use of aluminum foil is particularly preferred.
正極活物質としては、リチウムイオンをドープおよび脱ドープし得る材料であれば特に限定なく使用することができる。本発明にとり好ましい正極活物質として、リチウム遷移金属複合酸化物を例示することができる。例えば、リチウムニッケル系酸化物、リチウムコバルト系酸化物、リチウムマンガン系酸化物およびこれらの混合物を主成分とする正極活物質が好ましい。
ここで「リチウムニッケル系酸化物」とは、リチウム（Ｌｉ）とニッケル（Ｎｉ）とを構成金属元素とする酸化物であって主たる（第一の）遷移金属元素がＮｉである酸化物の他、ＬｉおよびＮｉ以外に他の少なくとも一種の金属元素（すなわち、ＬｉおよびＮｉ以外の遷移金属元素および／または典型金属元素）をＮｉよりも少ない割合（原子数比）で含む組成の酸化物をも包含する意味である。その金属元素は、例えば、Ｃｏ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｖ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｎ，ＬａおよびＣｅからなる群から選択される一種または二種以上であり得る。リチウムコバルト系酸化物およびリチウムマンガン系酸化物についても同様である。
As the positive electrode active material, any material that can dope and dedope lithium ions can be used without particular limitation. As a positive electrode active material preferable for the present invention, a lithium transition metal composite oxide can be exemplified. For example, a positive electrode active material mainly composed of lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide and a mixture thereof is preferable.
Here, the “lithium nickel oxide” is an oxide having lithium (Li) and nickel (Ni) as constituent metal elements and the main (first) transition metal element is Ni. In addition to Li and Ni, an oxide having a composition containing at least one other metal element (that is, a transition metal element other than Li and Ni and / or a typical metal element) in a smaller proportion (atomic ratio) than Ni is also included. It means to include. The metal element is selected from the group consisting of, for example, Co, Al, Mn, Cr, Fe, V, Mg, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cu, Zn, Ga, In, Sn, La, and Ce. Can be one or more. The same applies to lithium cobalt oxides and lithium manganese oxides.
正極合材に含まれ得る正極活物質以外の成分としては、導電材、バインダ等が挙げられる。導電材としては、例えば、カーボンブラック（アセチレンブラック等）のような炭素材料、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いることができる。バインダとしては、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）等のセルロース類；ポリビニルアルコール；ポリアクリル酸塩；ポリアルキレンオキサイド（例えばポリエチレンオキサイド）；ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）等のフッ素系ポリマー；スチレンブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）等の有機ポリマーを使用することができる。 Examples of components other than the positive electrode active material that can be included in the positive electrode mixture include a conductive material and a binder. As the conductive material, for example, a carbon material such as carbon black (acetylene black or the like), a conductive metal powder such as nickel powder, or the like can be used. Examples of the binder include celluloses such as methyl cellulose (MC), carboxymethyl cellulose (CMC), and ethyl cellulose (EC); polyvinyl alcohol; polyacrylate; polyalkylene oxide (for example, polyethylene oxide); polyvinylidene fluoride (PVDF), Fluorine polymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP); organic polymers such as styrene butadiene block copolymer (SBR) can be used.
また、負極としては、負極活物質を主成分とする負極合材がシート状の導電性部材（負極集電体）の片面または両面に層状に保持された構成を有するシート状の負極を好ましく使用することができる。負極集電体としては、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等から選択されるいずれかの金属またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金からなる箔状体を使用することができる。銅箔の使用が特に好ましい。 In addition, as the negative electrode, a sheet-like negative electrode having a configuration in which a negative electrode mixture mainly composed of a negative electrode active material is held in layers on one or both sides of a sheet-like conductive member (negative electrode current collector) is preferably used. can do. As the negative electrode current collector, a foil-like body made of any metal selected from copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), etc., or an alloy containing any of these metals as a main component is used. can do. The use of copper foil is particularly preferred.
負極活物質としては、リチウムイオンをドープおよび脱ドープし得る材料であれば特に限定なく使用することができる。天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボン、ソフトカーボン、金属リチウム等の、一般的なリチウム二次電池の負極に用いられる活物質の一種または二種以上を好ましく用いることができる。あるいは、錫酸化物系、ケイ素酸化物系等の負極活物質を用いてもよい。本発明にとり好ましい負極活物質として、アモルファス構造および／またはグラファイト構造の炭素材料が挙げられる。負極合材に含まれ得る負極活物質以外の成分としては、導電材、バインダ等が挙げられる。導電材としては正極合材用と同様のもの等を使用することができ、バインダについても同様である。 As the negative electrode active material, any material that can dope and dedope lithium ions can be used without particular limitation. One or more active materials used for negative electrodes of general lithium secondary batteries, such as natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), highly oriented graphite (HOPG), hard carbon, soft carbon, and metallic lithium Can be preferably used. Alternatively, a negative electrode active material such as tin oxide or silicon oxide may be used. Preferred negative electrode active materials for the present invention include amorphous and / or graphite-structured carbon materials. Examples of components other than the negative electrode active material that can be included in the negative electrode mixture include a conductive material and a binder. As the conductive material, the same materials as those for the positive electrode mixture can be used, and the same applies to the binder.
ここに開示される電池の一つの好ましい態様では、該電池が、シート状の正極とシート状の負極とがセパレータを介して積層された構成の電極ユニットを備える。典型的には、複数のシート状の正極と複数のシート状の負極とがセパレータを介して交互に積層された構成（すなわち積層型）の電極ユニットを備える。このような積層型の電極ユニットを、その電極面（シート面）が容器の幅広面とほぼ平行になるように収容した構成のリチウム二次電池が好ましい。かかる構成によると、電池容器の内部空間を有効に利用することができる。
このような態様の電極ユニットを構成するセパレータとしては、例えば、ポリオレフィン系（例えばポリエチレン、ポリプロピレン）樹脂からなる多孔質膜を好ましく用いることができる。あるいは、ポリオレフィン系、セルロース系（例えばメチルセルロース）等の有機質繊維またはガラス繊維等の無機繊維からなる織布または不織布を用いてもよい。
In one preferable aspect of the battery disclosed herein, the battery includes an electrode unit having a configuration in which a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode are laminated via a separator. Typically, an electrode unit having a configuration in which a plurality of sheet-like positive electrodes and a plurality of sheet-like negative electrodes are alternately laminated via separators (ie, a laminate type) is provided. A lithium secondary battery having a structure in which such a stacked electrode unit is accommodated so that its electrode surface (sheet surface) is substantially parallel to the wide surface of the container is preferable. According to this configuration, the internal space of the battery container can be used effectively.
As the separator constituting the electrode unit of such an embodiment, for example, a porous film made of a polyolefin-based (for example, polyethylene, polypropylene) resin can be preferably used. Or you may use the woven fabric or nonwoven fabric which consists of inorganic fiber, such as organic fiber, such as polyolefin type and a cellulose type (for example, methylcellulose), or glass fiber.
ここに開示される電池は、典型的には、電極ユニットの正極と電気的に接続されているとともに電池容器外に引き出された正極端子を備える。ここで、「電池容器外に引き出された」とは、正極端子の少なくとも一部が電池容器の外部に露出していることをいい、電池容器から外方に突出している態様に限られない。負極端子についても同様である。該正極端子が電池容器を貫通して配置されていることが好ましい。かかる正極端子のうち電池容器外に引き出された部分に外部回路を直接接続（連結）することができる。好ましい一つの態様では、電池容器を貫通する正極端子のうち電池容器内に位置する部分に、電極ユニットを構成する正極が直接（物理的に、例えば溶接により）接続されている。
同様に、ここに開示される電池は、典型的には、電極ユニットの負極と電気的に接続されているとともに電池容器外に引き出された負極端子を備える。該負極端子が電池容器を貫通して配置されていることが好ましい。かかる負極端子のうち電池容器外に引き出された部分に外部回路を直接接続することができる。好ましい一つの態様では、電池容器を貫通する負極端子のうち電池容器内に位置する部分に、電極ユニットを構成する負極が直接（例えば溶接により）接続されている。
The battery disclosed herein typically includes a positive electrode terminal that is electrically connected to the positive electrode of the electrode unit and is drawn out of the battery container. Here, “drawn out of the battery container” means that at least a part of the positive electrode terminal is exposed to the outside of the battery container, and is not limited to a mode in which the battery terminal protrudes outward. The same applies to the negative electrode terminal. It is preferable that the positive electrode terminal is disposed through the battery container. An external circuit can be directly connected (coupled) to a portion of the positive electrode terminal that is drawn out of the battery container. In a preferred embodiment, the positive electrode constituting the electrode unit is directly connected (physically, for example, by welding) to a portion of the positive electrode terminal penetrating the battery container and located in the battery container.
Similarly, the battery disclosed herein typically includes a negative electrode terminal that is electrically connected to the negative electrode of the electrode unit and is drawn out of the battery container. It is preferable that the negative electrode terminal is disposed through the battery container. An external circuit can be directly connected to a portion of the negative electrode terminal that is drawn out of the battery container. In a preferred embodiment, the negative electrode constituting the electrode unit is directly connected (for example, by welding) to a portion of the negative electrode terminal penetrating the battery container and located in the battery container.
ここに開示される電池は、正極集電体から正極端子の外部回路連結部（すなわち、正極端子のうち電池容器外に引き出された部分であって外部回路との連結機能を備える部分）に至る正極側電流経路の断面積が、該経路のいずれの箇所においても所定の最小断面積Ｓｐを下回らないように設計されている。ここで、「正極側電流経路の断面積」とは、充電電流および／または放電電流が流れる部材（正極端子、正極集電体等）を、該電流の流れる方向に対してほぼ垂直に切断した場合における断面積をいう。かかる電流経路の一部または全部において電流が分岐して流れる場合には、それら分岐した電流経路の各々を電流の流れる方向に対して垂直に切断した場合における断面積の総和が最小断面積Ｓｐを下回らないようにするとよい。例えば、積層型電極ユニットを構成する複数枚の正極集電体が正極端子に接続されている場合には、（各集電体の厚さ）×（各集電体の幅）×（集電体の枚数）により該集電体の断面積の総和を算出することができる。負極側電流経路の断面積についても同様である。 The battery disclosed herein extends from the positive electrode current collector to the external circuit connecting portion of the positive electrode terminal (that is, the portion of the positive electrode terminal that is drawn out of the battery container and has a function of connecting to the external circuit). The cross-sectional area of the positive-side current path is designed so that it does not fall below a predetermined minimum cross-sectional area Sp at any point in the path. Here, “the cross-sectional area of the positive current path” means that a member (a positive electrode terminal, a positive electrode current collector, etc.) through which a charging current and / or a discharging current flows is cut substantially perpendicular to the direction in which the current flows. The cross-sectional area in the case. When the current branches and flows in a part or all of the current paths, the sum of the cross-sectional areas when each of the branched current paths is cut perpendicular to the direction of current flow is the minimum cross-sectional area Sp. It is better not to fall below. For example, when a plurality of positive electrode current collectors constituting a stacked electrode unit are connected to a positive electrode terminal, (thickness of each current collector) × (width of each current collector) × (current collector) The total cross-sectional area of the current collector can be calculated from the number of bodies). The same applies to the cross-sectional area of the negative current path.
好ましい一つの態様では、正極側電流経路の最小断面積Ｓｐが、次式：Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；を満たすように設計されている。他の好ましい一つの態様では、正極側電流経路の最小断面積Ｓｐが、次式：Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×ＩMAX［Ａ］＋０．００２３×（ＩMAX［Ａ］）2；を満たすように設計されている。ここでＩMAXは、放電容量ＣHが電池容量Ｃの８０％以上（好ましくは９０％以上）となり得る最も大きい電流値を表す。すなわち、上述した最大連続充放電電流ＩMAXを表す。 In one preferred embodiment, the minimum cross-sectional area Sp of the positive electrode side current path is expressed by the following formula: Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 Designed to meet. In another preferable embodiment, the minimum cross-sectional area Sp of the positive-side current path is expressed by the following formula: Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × I MAX [A] + 0.0023 × (I MAX [A] 2 ) Designed to satisfy 2 ; Here, I MAX represents the largest current value at which the discharge capacity CH can be 80% or more (preferably 90% or more) of the battery capacity C. That is, it represents the maximum continuous charge / discharge current I MAX described above.
ここに開示される電池は、負極集電体から負極端子の外部回路連結部（負極端子のうち電池容器外に引き出された部分であって外部回路との連結機能を備える部分）に至る負極側電流経路の断面積が、該経路のいずれの箇所においても所定の最小断面積Ｓｎを下回らないように設計されている。好ましい一つの態様では、負極側電流経路の最小断面積Ｓｎが、次式：Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；を満たすように設計されている。他の好ましい一つの態様では、負極側電流経路の最小断面積Ｓｎが、次式：Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×ＩMAX［Ａ］＋０．００１５×（ＩMAX［Ａ］）2；を満たすように設計されている。 The battery disclosed here is a negative electrode side that extends from the negative electrode current collector to the external circuit connecting portion of the negative electrode terminal (the portion of the negative electrode terminal that is drawn out of the battery container and has a function of connecting to the external circuit). The cross-sectional area of the current path is designed so as not to be smaller than a predetermined minimum cross-sectional area Sn in any part of the path. In a preferred embodiment, the minimum cross-sectional area Sn of the negative-side current path is expressed by the following formula: Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 Designed to meet. In another preferred embodiment, the minimum cross-sectional area Sn of the negative-side current path is represented by the following formula: Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × I MAX [A] + 0.0015 × (I MAX [A] 2 ) Designed to satisfy 2 ;
本発明に係る電池に備えられる非水電解質は、いわゆる非水系有機溶媒を主成分とする液状の電解質（非水電解液）であってもよく、ゲル状または固体状の電解質であってもよい。非水電解液としては、従来のリチウム二次電池に用いられる非水電解液等を特に限定なく用いることができる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、酢酸メチル、蟻酸メチル等の非水系有機溶媒から選択されるいずれかの溶媒または二種以上の溶媒を含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＣｌＯ4，ＬｉＣＦ3ＳＯ3，ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3，ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2，ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3等のリチウム塩（支持塩）の一種または二種以上を溶解させた組成の電解液等を使用することができる。この電解質におけるリチウム塩の濃度は特に限定されないが、通常は凡そ０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲とすることが適当である。水分含有率１００ｐｐｍ以下の非水電解液を用いることが好ましい。 The non-aqueous electrolyte provided in the battery according to the present invention may be a liquid electrolyte (non-aqueous electrolyte) containing a so-called non-aqueous organic solvent as a main component, or may be a gel or solid electrolyte. . As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte used for a conventional lithium secondary battery can be used without any particular limitation. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl acetate, methyl formate LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF An electrolytic solution having a composition in which one or two or more lithium salts (supporting salts) such as 3 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 are dissolved can be used. The concentration of the lithium salt in this electrolyte is not particularly limited, but it is usually suitable to be in the range of about 0.5 to 2 mol / L. It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution having a water content of 100 ppm or less.
＜実施例＞
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに具体的に説明する。
図１は、本実施例に係るリチウム二次電池を示す平面図であり、図２はそのII方向矢視図である。これらの図に示されるように、リチウム二次電池１は、厚みＴが約６．５ｍｍである扁平な電池容器１０と、その容器１０に収容された電極ユニット２０および非水電解液（図示せず）とを備える。このリチウム二次電池１の定格充電電圧は４．１Ｖであり、その定格充電電圧で完全充電した後に１０Ａの定電流で３Ｖ（この電池の放電終止電圧）まで放電した場合における容量Ｃが凡そ１０Ａｈとなるように設計されている。また、この電池１は、上記定格充電電圧で完全充電した後に５Ｃ（すなわち５０Ａ）の定電流で３Ｖまで放電した場合における高率放電容量ＣHが、１Ｃ（すなわち１０Ａ）で放電した場合における容量Ｃの凡そ９０％以上（すなわち、凡そ９Ａｈ以上）となるように設計されている。
<Example>
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a lithium secondary battery according to the present embodiment, and FIG. 2 is a view in the direction of the arrow II. As shown in these drawings, the lithium secondary battery 1 includes a
以下、電極ユニット２０の構成について説明する。この電極ユニット２０は、図３に示すように、複数のシート状の正極２２と複数のシート状の負極２４とがセパレータ２６を介して交互に積層された構造を有する。
電極ユニット２０を構成する各正極２２は、図４（ａ）に示すように、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体２２２と、その集電体２２２の両面に設けられた正電極層２２４とを有する。正極集電体２２２は、長辺（図中のＬ１）１７７ｍｍ、短辺（図中のＷ１）１３０ｍｍの長方形状のコア部２２２ａと、その短辺の一端（図４（ａ）では左端）から引き出された幅５７ｍｍの正極リード部２２２ｂとを有する。このリード部２２２ｂの幅は、コア部２２２ａの幅の凡そ４４％に相当する。正電極層２２４は、コア部２２２ａの両面に設けられ、リード部２２２ｂには設けられていない。正電極層２２４は、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）とカーボンブラック（ＣＢ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを質量比でＬｉＮｉＯ2：ＣＢ：ＰＴＦＥ＝８７：１０：３の割合で含む正極組成物を正極集電体２２２に塗布し、乾燥後にプレスして形成されたものである。本実施例の正極２２では、正極集電体２２２のコア部２２２ａの両面に、プレス後における厚さが片面当たり約２９μｍの正電極層２２４がそれぞれ設けられている。
Hereinafter, the configuration of the
As shown in FIG. 4A, each
負極２４は、図４（ｂ）に示すように、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体２４２と、その集電体２４２の両面に設けられた負電極層２４４とを有する。
負極集電体２４２は、長辺（図中のＬ２）１８１．５ｍｍ、短辺（図中のＷ２）１３３の長方形状を呈するコア部２４２ａと、その短辺の一端（図４（ｂ）では右端）から引き出された幅５９ｍｍの負極リード部２４２ｂとを有する。このリード部２４２ｂの幅は、コア部２４２ａの幅の凡そ４４％に相当する。負電極層２４４は、コア部２４２ａの両面に設けられ、リード部２４２ｂには設けられていない。負電極層２４４は、カーボン（黒鉛粉末）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを質量比でカーボン：ＣＭＣ：ＳＢＲ＝９８：１：１の割合で含む負極組成物を負極集電体２４２に塗布し、乾燥後にプレスして形成されたものである。本実施例の負極２４では、負極集電体２４２のコア部２４２ａの両面に、プレス後における厚さが片面当たり約３４μｍの負電極層２４４がそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 4B, the
The negative electrode
セパレータ２６は、図４（ｃ）に示すように長方形状であって、その長辺（図中のＬ３）の長さは１８５ｍｍ、短辺（図中のＷ３）の長さは１３６ｍｍである。本実施例では、セパレータ２６として厚さ２５μｍの微多孔性ポリプロピレンシートを使用した。
電極ユニット２０は、図３に示すように、２４枚の正極２２と、２５枚の負極２４とを、各々の間にセパレータ２６を挟んで交互に積層して構成されている。ただし、この積層体を構成する２５枚の負極２４のうち最も外側に配置される二枚の負極２４は、該積層体の内部に配置される負極２４とは異なり、負極集電体２４２の片面（積層体の内側面）にのみ負電極層２４４が形成された構成を有する。また、上記最も外側に配置された負極２４のさらに外側には、該負極２４と電池容器１０とを絶縁するための樹脂フィルム２７が配置されている。ここでは、樹脂フィルム２７として厚さ約４０μｍのポリエステルシートを使用した。
The
As shown in FIG. 3, the
かかる構成の電極ユニット２０が電池容器１０に収容されている。この電池容器１０は、図１，２および５に示されるように、主として底容器１２と蓋１４とから構成されている。ここで、図５は図１のＶ−Ｖ線における分解断面図であって、図を見やすくするため電極ユニットの表示を省略している。
底容器１２は、厚さ０．３ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４製）を絞り加工して成形されたものであって、ほぼ長方形状の底面１２２と、その底面１２２の外周から立ち上がる側壁１２４と、側壁１２４の上端から外方に広がるフランジ１２６とを有する。これにより底容器１２には、フランジ１２６の内方に、底面１２２および側壁１２４により区画された凹部１２８が形成されている。なお、側壁１２４は、底面１２２からフランジ１２６に向けてやや広がるように（テーパ状に）設けられている。底面１２２は、電極ユニット２０の全体を収容し得る広さ（平面形状）を有する。すなわち、底面１２２の幅（本実施例では、底面１２２の短辺に相当する。）は電極ユニット２０の幅よりもやや大きく、底面１２２の長さは電極ユニット２０の長さ（リード部２２２ｂ，２４２ｂを含む。本実施例では、底面１２２の長辺に相当する。）よりもやや大きい。
The
The
蓋１４もまた厚さ０．３ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４製）を用いて作製されたものであって、その形状はほぼ長方形の板状である。蓋１４は、正極２２のリード部２２２ｂに対応する位置（すなわち、蓋１４の面に垂直な方向から電池１を透視したときリード部２２２ｂと重なる位置）に正極端子用の貫通孔１４２を有する。図６によく示されるように、この貫通孔１４２にアルミニウム製の正極端子３２が取り付けられている。
この正極端子３２は、直径約７．３５ｍｍの円柱状であって貫通孔１４２に挿通された端子本体３２２と、電池容器１０の外側から正極端子本体３２２にねじ止め可能なねじ部材３２４とを備える。端子本体３２２の外側端３２２ｂには、該ねじ部材３２４の形状に対応したねじ穴が設けられている。端子本体３２２と蓋１４との間はガスケット３３により密閉および絶縁されている。複数枚（ここでは２４枚）の正極２２に備えられた各リード部２２２ｂは、まとめて、端子本体３２２の内側端３２２ａ（電池容器１０の内側に配置される側の端面）に超音波溶接されている。端子本体３２２の外側端３２２ｂは蓋１４の外部に突出している。ねじ部材３２４は、頭部直径６ｍｍのＭ３ねじとして構成されている。そして、例えば図６に示すように、任意の外部回路２の一端に設けられたねじ穴を通してねじ部材３２４を端子本体３２２の上端（外部回路連結部）にねじ止めすることにより、外部回路２と正極端子３２と（さらに電極ユニット２０を構成する正極２２と）を接続することができる。
The
The
負極側の接続構造は正極側とほぼ同様であるので図６を用いて説明する。正極側と負極側とで符号が異なる部材については、図６中において負極側の部材に対応する符号をカッコ内に示している。
蓋１４には、負極２４のリード部２４２ｂに対応する位置に、負極端子用の貫通孔１４４が設けられている。この貫通孔１４４に銅製の負極端子３４が取り付けられている。この負極端子３４は端子本体３４２およびねじ部材３４４とからなる。これら端子本体３４２およびねじ部材３４４は、構成材料が異なる（すなわち、アルミニウム製ではなく銅製である）点以外は、正極端子３２を構成する端子本体３２２およびねじ部材３２４とそれぞれ実質的に同一の形状を有する。端子本体３４２と蓋１４との間はガスケット３５によろい密閉および絶縁されている。この端子本体３４２の内側端３４２ａに、複数枚（ここでは２５枚）の負極２４に備えられた各リード部２４２ｂがまとめて超音波溶接されている。負極端子３４２の外側端３４２ｂは蓋１４の外部に突出している。かかる構成の負極端子３４を介して、正極端子３２の場合と同様にして、任意の外部回路２と負極端子３４と（さらには電極ユニット２０を構成する負極２４と）を接続することができる。
なお、本実施例の電池１では正極端子３２および負極端子３４を各々一個づつ設けているが、端子の数はこれに限定されない。例えば、正極端子および負極端子を各々二個以上設けた構成としてもよい。
Since the connection structure on the negative electrode side is substantially the same as that on the positive electrode side, it will be described with reference to FIG. For members having different signs on the positive electrode side and the negative electrode side, reference numerals corresponding to members on the negative electrode side are shown in parentheses in FIG.
The
In addition, in the battery 1 of a present Example, although the
かかる接続構造において、正極端子３２の内側端３２２ａから外部端子２に至る電流経路のうち、電流が流れる方向に対する断面積が最も小さいのは正極端子３２が蓋１４を貫通する部分（すなわち端子本体３２２）であり、その断面積は凡そ４２．４ｍｍ2である。同様に、負極端子３４の内側端３４２ａから外部端子２に至る電流経路のうち、電流が流れる方向に対する断面積が最も小さいのは負極端子３４が蓋１４を貫通する部分であり、その断面積は凡そ４２．４ｍｍ2である。
In such a connection structure, the portion of the current path from the
また、前述のように、正極集電体２２２の厚さは１５μｍであり、リード部２２２ｂの幅は５７ｍｍである。電極ユニット２０の有する２４枚の正極２２の最小断面積は、これらの正極２２の有するリード部２２２ｂの断面積の合計として求められ、その値は０．０１５ｍｍ×５７ｍｍ×２４＝２０．５ｍｍ2である。これは正極端子３２の最小断面積（４２．４ｍｍ2）よりも小さい。したがって、本実施例における正極側電流通路の最小断面積は２０．５ｍｍ2である。
ここで、正極側電流通路の最小断面積の適正範囲を求める式：Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；の右辺に５Ｃ＝５０［Ａ］を代入すると、Ｓｐ≧１５．９５ｍｍ2となる。本実施例の正極側電流通路の形状はこの関係式を満たしている。
As described above, the positive electrode
Here, the right side of the formula for obtaining the appropriate range of the minimum cross-sectional area of the positive current path: Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ; When 5C = 50 [A] is substituted, Sp ≧ 15.95 mm 2 . The shape of the positive electrode side current passage of the present embodiment satisfies this relational expression.
一方、負極集電体２４２の厚さは１０μｍであり、リード部２４２ｂの幅は５９ｍｍである。電極ユニットの有する２５枚の負極２４の最小断面積は、これらの負極２２の有するリード部２４２ｂの断面積の合計として求められ、その値は０．０１ｍｍ×５９ｍｍ×２５＝１４．７５ｍｍ2である。これは負極端子３４の最小断面積（４２．４ｍｍ2）よりも小さい。したがって、本実施例における負極側電流通路の最小断面積は１４．７５ｍｍ2である。
ここで、負極側電流通路の最小断面積の適正範囲を求める式：Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；の右辺に５Ｃ＝５０［Ａ］を代入すると、Ｓｎ≧１１．５５ｍｍ2となる。本実施例の負極側電流通路の形状はこの関係式を満たしている。
On the other hand, the thickness of the negative electrode
Here, on the right side of the formula for obtaining an appropriate range of the minimum cross-sectional area of the negative current path: Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ; When 5C = 50 [A] is substituted, Sn ≧ 11.55 mm 2 is obtained. The shape of the negative electrode side current passage of the present embodiment satisfies this relational expression.
図１および図５に示されるように、蓋１４には、正極端子用の貫通孔１４２と負極端子用の貫通孔１４４との間にさらに別の貫通孔１４６が設けられている。この貫通孔１４６は、例えば、電池１を製造する際に電池容器１０内に非水電解液を供給（注入）するための注入口として利用することができる。電池１の使用時には、貫通孔１４６は封止部材１４７により塞がれた状態にある。封止部材１４７としては、例えば、厚さ０．０８ｍｍ程度のアルミニウム箔−変性ポリプロピレンラミネートフィルムを使用することができる。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
蓋１４は、その外周が底容器１２のフランジ１２６と重なるように配置されて、図５に示す凹部１２８の上端（開口部）を塞いでいる。そして、蓋１４の外周（フランジ１２６の外周でもある。）からやや内側に入った位置にその全周に亘って設定された溶接線に沿って蓋１４をフランジ１２６に溶かし込み溶接することにより、底容器１２と蓋１４とが接合されている。かかる構成の電池容器１０の外形は、長さ（縦）Ｌが２１０ｍｍ、幅（横）Ｗが１４８ｍｍ、厚さＴが６．５ｍｍの矩形扁平形状（ノート状）である。
The
本実施例では、上記構成のリチウム二次電池１を以下のようにして作製した。
すなわち、所望する電池の電池容量、厚さ（すなわち１２ｍｍ未満であること）、使用状態（設置場所）等を考慮して、電池の組成および構造（正極および負極の活物質の種類および使用量、底容器１２および蓋１４の各部のサイズ等）を決定した。また、その電池の性能（例えば電池容量）を考慮して、正極側電流通路の最小断面積Ｓｐが上記式を満たすように、その正極側電流通路を構成する各部材の構造を決定した。具体的には、正極端子の形状（例えば断面積）、正極集電体の厚さおよびそのリード部の幅、電極ユニットを構成する正極の枚数等を適切に設定することにより、正極側電流通路の最小断面積Ｓｐが上記式を満たすようにした。同様に、負極側電流通路の最小断面積Ｓｎが上記式を満たすように、その負極側電流通路を構成する各部材の構造を決定した。
In this example, the lithium secondary battery 1 having the above configuration was manufactured as follows.
That is, taking into consideration the battery capacity, thickness (that is, less than 12 mm) of the desired battery, use state (installation location), etc., the composition and structure of the battery (type and amount of active material of the positive and negative electrodes, The size of each part of the
一方、所定の位置に貫通孔１４２，１４４および１４６を有する蓋１４を用意した。また、所定枚数の正極２２、負極２４およびセパレータ２６が積層された構成の電極ユニット２０を用意した。貫通孔１４２に正極端子３２を取り付け、その端子本体３２２の内側端３２２ａに正極リード部２２２ｂを溶接した。同様に、貫通孔１４４に負極端子３４を取り付け、その端子本体３４２の内側端３４２ａに負極リード部２４２ｂを溶接した。図示しない絶縁テープを用いて電極ユニット２０を蓋１４に固定し、この電極ユニット２０を底容器１２の凹部１２８内に収めるようにして底容器１２と蓋１４とを重ね合わせた。そして、底容器１２のフランジ１２６と蓋１４との外周とをその全周に亘ってレーザー溶接して電池容器１０を作製した。
On the other hand, a
蓋１４の貫通孔１４６から電池容器１０内に非水電解液を供給した。ここでは、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とをＥＣ：ＤＥＣ：ＥＭＣ＝３：３：４の体積比で含む混合溶媒に１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6を含有させた非水電解液を使用した。次いで、この電池１のエージング（初期充放電）を行った。すなわち、該電池１を１〜３回程度充電および放電させた。その後、貫通孔１４６を封止した。具体的には、厚さ０．０８ｍｍのアルミニウム箔−変性ポリプロピレンラミネートフィルムを直径１２ｍｍの円形に打ち抜いて成る封止部材１４７を用意し、貫通孔１４６の周縁を構成する蓋１４に該封止部材１４７を電池容器１０の外側から熱融着した。このようにして電池１を作製した。
A nonaqueous electrolytic solution was supplied into the
得られた電池１につき、以下のようにして電池性能の確認試験を行った。
すなわち、温度２５℃において、この電池１に対し、１０Ａの定電流で４．１Ｖ（定格充電電圧）まで充電した後に４．１Ｖの定電圧を印加する定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）充電を合計で１．４時間行った。続いて、この電池１を１０Ａの定電流で３Ｖ（放電終止電圧）まで放電した。このときの電池１の容量Ｃは１０Ａｈであった。次いで、この電池１を上記と同様の条件で定電流定電圧充電した後、５０Ａ（すなわち５Ｃ）の定電流で放電した。このときの電池１の容量（高率放電容量）ＣHは９．４Ａｈ（すなわち、上記容量Ｃの９４％）であった。以上より、本実施例の電池１が、５Ｃを超える放電レートにおいても、１Ｃ（ここでは１０Ａ）で放電させた場合の９０％以上に相当する高率放電容量ＣHを発揮する電池であることを確認した。換言すれば、この電池１について、１Ｃで放電させた場合における容量Ｃの９０％以上の容量を実現し得る放電電流の最大値（最大放電電流）ＩMAXが５Ｃ以上であることが確認された。
The obtained battery 1 was subjected to a battery performance confirmation test as follows.
In other words, at a temperature of 25 ° C., the battery 1 is charged with a constant current of 10 A to a voltage of 4.1 V (rated charge voltage) and then a constant voltage of a constant voltage (CC-CV) is applied. The total time was 1.4 hours. Subsequently, the battery 1 was discharged at a constant current of 10 A to 3 V (discharge end voltage). The capacity C of the battery 1 at this time was 10 Ah. Next, the battery 1 was charged at a constant current and a constant voltage under the same conditions as described above, and then discharged at a constant current of 50 A (that is, 5 C). The capacity (high rate discharge capacity) C H of the battery 1 at this time was 9.4 Ah (that is, 94% of the capacity C). It above, the battery 1 of the present embodiment, even in a discharge rate of greater than 5C, 1C (here 10A) is a battery that exhibits a high rate discharge capacity C H, which corresponds to 90% or more when discharged at It was confirmed. In other words, it was confirmed that the maximum value (maximum discharge current) I MAX of the discharge current that can realize a capacity of 90% or more of the capacity C when the battery 1 is discharged at 1 C is 5 C or more. .
上記において電池１を５０Ａの定電流で３Ｖまで急速放電させた際、電池１の各部について温度上昇の程度を測定した。その結果、電池１の中央部（幅広面の中央部）における温度上昇は約８℃であった。正極側電流通路と負極側電流通路とを比較すると正極側電流通路の方が温度上昇が大きく、最も大きな温度上昇が見られたのは正極リード部２２２ｂであって、その上昇幅は約１０℃であった。すなわち、電池１のいずれの部分においても、５Ｃの急速放電による温度上昇を１０℃以下に抑制することができた。
When the battery 1 was rapidly discharged to 3 V at a constant current of 50 A in the above, the degree of temperature rise was measured for each part of the battery 1. As a result, the temperature rise at the center of the battery 1 (the center of the wide surface) was about 8 ° C. Comparing the positive side current path and the negative side current path, the positive side current path has a larger temperature rise, and the largest temperature rise was observed in the positive
＜比較例＞
本比較例に係るリチウム二次電池は、上記実施例に係るリチウム二次電池１とは正極リード部および負極リード部の幅が異なる。その他の点については上記実施例に係る電池１と同様であるため重複する説明は省略する。また、上記実施例に係る電池１と同様の機能を果たす部材には電池１と同じ符号を付して説明する。
すなわち、本比較例に係るリチウム二次電池は、正極リード部および負極リード部の幅がいずれも２４ｍｍである。したがって、この電池の正極側電流通路の最小断面積は０．０１５ｍｍ×２４ｍｍ×２４＝８．６ｍｍ2である。この値は、上記実施例で求めた関係式Ｓｐ≧１５．９５ｍｍ2を満たさない。すなわち、本比較例の電池は、正極側電流通路の最小断面積が適正範囲よりも小さい。
また、負極側電流通路の最小断面積は０．０１×２４ｍｍ×２４＝６．０ｍｍ2である。この値は、上記実施例で求めた関係式Ｓｐ≧１１．５５ｍｍ2を満たさない。すなわち、本比較例の電池は、負極側電流通路の最小断面積が適正範囲よりも小さい。
<Comparative example>
The lithium secondary battery according to this comparative example differs from the lithium secondary battery 1 according to the above example in the widths of the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion. Since the other points are the same as those of the battery 1 according to the above-described embodiment, the overlapping description is omitted. In addition, members having the same functions as those of the battery 1 according to the above embodiment will be described with the same reference numerals as those of the battery 1.
That is, in the lithium secondary battery according to this comparative example, the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion both have a width of 24 mm. Therefore, the minimum cross-sectional area of the positive electrode side current path of this battery is 0.015 mm × 24 mm × 24 = 8.6 mm 2 . This value does not satisfy the relational expression Sp ≧ 15.95 mm 2 obtained in the above embodiment. That is, in the battery of this comparative example, the minimum cross-sectional area of the positive electrode side current path is smaller than the appropriate range.
Further, the minimum cross-sectional area of the negative electrode side current passage is 0.01 × 24 mm × 24 = 6.0 mm 2 . This value does not satisfy the relational expression Sp ≧ 11.55 mm 2 obtained in the above embodiment. That is, in the battery of this comparative example, the minimum cross-sectional area of the negative current path is smaller than the appropriate range.
かかる構成のリチウム二次電池につき、上記実施例と同様の条件により電池性能の確認試験を行った。その結果、この電池の容量Ｃは１０Ａｈであり、５０Ａ（すなわち５Ｃ）の定電流で放電した場合における容量（高率放電容量）ＣHは上記容量Ｃの９４％であることが確認された。そして、上記において５０Ａの定電流で３Ｖまで急速放電させた際の温度上昇の程度を測定したところ、少なくとも正極リード部において２０℃を超える温度上昇が観察された。 The lithium secondary battery having such a configuration was subjected to a battery performance confirmation test under the same conditions as in the above examples. As a result, the capacitance C of the battery is 10 Ah, 50A (i.e., 5C) capacity in when discharged at a constant current of (high-rate discharge capacity) C H was confirmed to be 94% of the capacity C. And when the extent of the temperature rise at the time of carrying out rapid discharge to 3V with the constant current of 50 A in the above was measured, the temperature rise over 20 degreeC was observed at least in the positive electrode lead part.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
１ リチウム二次電池
２ 外部回路
１０ 電池容器
１２ 底容器
１４ 蓋
２０ 電極ユニット
２２ 正極
２２２ 正極集電体
２２２ａ コア部
２２２ｂ 正極リード部（正極側電流通路）
２４ 負極
２４２ 負極集電体
２４２ａ コア部
２４２ｂ 負極リード部（負極側電流通路）
３２ 正極端子（正極側電流通路）
３４ 負極端子（負極側電流通路）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium
24
32 Positive terminal (positive current path)
34 Negative terminal (negative-side current path)
Claims (5)
以下の条件：
１Ｃの定電流で放電した場合における電池容量Ｃが５Ａｈ以上である；
５Ｃの定電流で放電した場合における高率放電容量ＣHが前記容量Ｃの８０％以上である；
前記電池容器の厚みＴが１２ｍｍ未満である；
前記正極集電体は、前記電池容器外に引き出された正極端子であって外部回路と連結可能な正極端子と電気的に接続されており、該集電体から該端子の外部回路連結部に至る正極側電流経路の最小断面積Ｓｐが以下の式：
Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たす；および、
前記負極集電体は、前記電池容器外に引き出された負極端子であって外部回路と連結可能な負極端子と電気的に接続されており、該集電体から該端子の外部回路連結部に至る負極側電流経路の最小断面積Ｓｎが以下の式：
Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たす；
をいずれも満たすことを特徴とするリチウム二次電池。 A lithium secondary battery in which an electrode unit including a positive electrode having a positive electrode active material on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material on a negative electrode current collector and a nonaqueous electrolyte are sealed in a flat battery container Because
The following conditions:
The battery capacity C when discharged at a constant current of 1 C is 5 Ah or more;
Rate discharge capacity C H is at least 80% of the capacitance C in the case of discharging at 5C constant current;
The battery container has a thickness T of less than 12 mm;
The positive electrode current collector is a positive electrode terminal that is drawn out of the battery container and is electrically connected to a positive electrode terminal that can be connected to an external circuit, and the current collector is connected to an external circuit connection portion of the terminal. The minimum cross-sectional area Sp of the positive current path to reach is as follows:
Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ;
Satisfy; and
The negative electrode current collector is a negative electrode terminal drawn out of the battery container and is electrically connected to a negative electrode terminal connectable to an external circuit, and the current collector is connected to an external circuit connection portion of the terminal. The minimum cross-sectional area Sn of the negative electrode side current path to reach is as follows:
Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ;
Satisfy;
A lithium secondary battery characterized by satisfying all of the above.
前記負極側電流経路を形成する部材はいずれも銅および／または銅合金により構成されている、請求項１に記載の電池。 Each of the members forming the positive current path is made of aluminum and / or an aluminum alloy,
The battery according to claim 1, wherein all members forming the negative electrode side current path are made of copper and / or a copper alloy.
前記負極集電体はシート状であって、前記正極活物質が付与されたコア部と、該コア部から引き出され前記負極活物質が付与されていない負極リード部とを有し、該リード部の幅は前記コア部の幅の４０〜４５％であり、
前記電極ユニットは、複数の前記正極と複数の前記負極とがセパレータを介して交互に積層された構造を有し、
前記電池容器の厚み方向から前記電池を透視したとき、前記正極リード部および前記負極リード部は前記電極ユニットの同一側にそれぞれ重なって配置され、かつ、前記正極リード部と前記負極リード部とは互いに重ならないように配置されている、請求項１または２に記載の電池。 The positive electrode current collector has a sheet shape, and includes a core portion to which the positive electrode active material is applied, and a positive electrode lead portion that is drawn from the core portion and to which the positive electrode active material is not applied. Is 40 to 45% of the width of the core part,
The negative electrode current collector has a sheet shape, and includes a core portion to which the positive electrode active material is applied, and a negative electrode lead portion that is drawn from the core portion and to which the negative electrode active material is not applied. Is 40 to 45% of the width of the core part,
The electrode unit has a structure in which a plurality of the positive electrodes and a plurality of the negative electrodes are alternately stacked via separators,
When the battery is seen through from the thickness direction of the battery container, the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion are arranged to overlap each other on the same side of the electrode unit, and the positive electrode lead portion and the negative electrode lead portion are The battery according to claim 1, wherein the batteries are arranged so as not to overlap each other.
前記正極集電体から正極端子と外部回路との連結部に至る正極側電流通路の最小断面積Ｓｐが以下の式：
Ｓｐ［ｍｍ2］≧−１．３＋０．２３×５Ｃ［Ａ］＋０．００２３×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように該正極側電流通路の構成を設計すること、および、
前記負極集電体から負極端子と外部回路との連結部に至る負極側電流通路の最小断面積Ｓｎが以下の式：
Ｓｎ［ｍｍ2］≧−１．２＋０．１８×５Ｃ［Ａ］＋０．００１５×（５Ｃ［Ａ］）2；
を満たすように該負極側電流通路の構成を設計すること、および、
その設計された構成の正極側電流通路および負極側電流通路を備えるリチウム二次電池を構築すること、
を包含するリチウム二次電池製造方法。 Battery capacity C in the case of discharging at 1C of constant current is greater than or equal to 5Ah, and there is high-rate discharge capacity C H of when discharged at 5C constant current at least 80% of the capacity C, cathode current collector A lithium secondary battery in which a positive electrode having a positive electrode active material on a body and an electrode unit including a negative electrode having a negative electrode active material on a negative electrode current collector and a nonaqueous electrolyte are sealed in a flat battery container is manufactured. A method,
The minimum cross-sectional area Sp of the positive current path from the positive current collector to the connecting portion between the positive terminal and the external circuit is expressed by the following formula:
Sp [mm 2 ] ≧ −1.3 + 0.23 × 5C [A] + 0.0023 × (5C [A]) 2 ;
Designing the configuration of the positive-side current path to satisfy
The minimum cross-sectional area Sn of the negative-side current path from the negative-electrode current collector to the connecting portion between the negative-electrode terminal and the external circuit is expressed by the following formula:
Sn [mm 2 ] ≧ −1.2 + 0.18 × 5C [A] + 0.0015 × (5C [A]) 2 ;
Designing the configuration of the negative-side current path to satisfy
Constructing a lithium secondary battery having a positive-side current path and a negative-side current path of the designed configuration;
A method for producing a lithium secondary battery.
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