JP2007095656A - 非水系二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の非水系二次電池10は、金属箔からなる集電体12の少なくとも片面に活物質合剤層14が配置されているとともに一部に金属が露出した部分13を有する正極11を備え、前記正極11が前記金属が露出した部分13とともにセパレータ23を介して負極17と対向しており、前記金属が露出した部分13のうち、前記セパレータ23を介して負極17と対向している部分に前記金属よりも電子導電性が低く、かつ非絶縁性の材料からなる保護層16を形成する。本発明の非水系二次電池10によれば、電極の一部がセパレータを突き破って他方の電極と接触することがあっても、電池を穏やかに放電させることで電池の異常な発熱を回避すると共に、電池電圧低下によって電池の異常を機器側が検出できるようになる。
【選択図】 図3
Description
金属箔からなる集電体の少なくとも片面に活物質合剤層が配置されているとともに一部に金属が露出した部分を有する一方の電極を備え、前記一方の電極が前記金属が露出した部分とともにセパレータを介して他方の電極と対向している非水系二次電池において、
前記金属が露出した部分のうち、前記セパレータを介して他方の電極と対向している部分に前記金属よりも電子導電性が低く、かつ非絶縁性の材料からなる保護層を形成したことを特徴とする。
正極11は次のようにして作製した。まず、リチウム、ニッケル、コバルト、マンガンからなる複合酸化物からなる正極活物質94質量%をアセチレンブラック、グラファイト等の炭素粉末3質量%と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)よりなる結着剤3質量%とを混合し、得られた混合物にN−メチルピロリドン(NMP)を加えて混練して活物質合剤スラリーを作製した。これらの活物質合剤スラリーを厚さが20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体12の片面に、電極の端部にはアルミニウム箔の露出部13ができるようにして、均一に塗付して活物質層14を塗布した正極板を形成した。この後、活物質層14を塗布した正極板を乾燥機中に通過させて、スラリー作製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させた。乾燥後、この乾燥正極板をロールプレス機により圧延して、厚みが0.06mmの正極板とした。
負極17は次のようにして作製した。まず、黒鉛粉末98質量%、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムをそれぞれ1質量%混合し、水を加えて混練してスラリーを作製した。このスラリーを厚さ12μmの銅箔からなる負極集電体18の片面に、電極の端部には銅箔の露出部19ができるように均一に塗布して負極活物質層20を塗布した負極板を得た。この後、活物質層20を塗布した負極板を乾燥機中に通過させて、スラリー作製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させた。乾燥後、この乾燥負極板をロールプレス機により圧延して、厚みが0.05mmの負極板とした。次いで、得られた電極を寸法55.5mm×70mmに切り出し、図1に示すように幅9mmの帯状の銅箔露出部19を設けた負極17を得た。
エチレンカーボネートとジエチルカーボネ一卜を体積比3:7で混合した溶媒に対し、LiPF6を1モル/Lとなるように溶解して電解液とした。
正極のアルミニウム箔露出部13にアルミニウム集電タブ21、負極の銅箔露出部19にニッケル集電タブ22をそれぞれ接続し、正極と負極と厚さ0.022mmのポリエチレン製多孔質セパレータ23を重ねてラミネートフィルム外装体24中に挿入し、アルミニウム集電タブ21及びニッケル集電タブ22の導出部にそれぞれ薄いシール材25を介して封止するとともに他の二方向も封止し、残り一方向を注液口とした注液前電池を作製した。この注液前電池を真空中で乾燥した後、アルゴン雰囲気中のドライボックス中で前記電解液を注液し、加圧減圧を行なって気泡の除去及び電解液の浸透を行なった後に注液口を封止した。完成した電池10の構造は、図2及び図3に示すとおりである。
比較例1の非水系二次電池は、正極の作製手順において、実施例1で保護層を設けた部分をアルミニウム箔のままとした以外は実施例1と同じ手順で電池を作製した。そして、得られた電池を25℃において、50mAの定電流で電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電を行い、電池電圧が4.2Vに達した後は4.2Vの定電圧で2時間充電を行った。そして、この充電した電池のラミネートケースの一部を切り開き、負極と正極のアルミニウム箔露出部が重なっている領域(図2の符号26で示す破線丸印に対応する部分)のセパレータを3mmφ切り取り、負極裏面側から1mmφのアルミナ棒で突いてアルミニウム箔露出部と負極を接触させた。その際の電池表面温度と電圧を測定し、電池挙動を確認した。この電池挙動の時間変化を図5に示し、試験開始5分後の電池電圧及び温度上昇結果を実施例1の結果とまとめて下記表1に示した。
比較例2の非水系二次電池は、正極の作製手順において、実施例1の保護層の構成を変えた以外は実施例1と同じ手順で電池を作製した。保護層は、実施例1で作製した保護層に変えて、N−メチルビロリドンを溶媒としてポリイミドのみを混合したスラリーを塗布して絶縁層を設けた。この絶縁層は、実質的に上記特許文献3に開示されている絶縁層と同様のものである。
11、11A、11B 正極
12 正極集電体
13 正極の金属露出部
14 正極活物質層
15 活物質塗布部と露出部の境界
16 保護層
17、17A、17B 負極
18 負極集電体
19 負極の金属露出部
20 負極活物質層
21 正極集電タブ
22 負極集電タブ
23 セパレータ
26、27 集電板
28 正極端子
29 負極端子
Claims (15)
- 金属箔からなる集電体の少なくとも片面に活物質合剤層が配置されているとともに一部に金属が露出した部分を有する一方の電極を備え、前記一方の電極が前記金属が露出した部分とともにセパレータを介して他方の電極と対向している非水系二次電池において、
前記金属が露出した部分のうち、前記セパレータを介して他方の電極と対向している部分に前記金属よりも電子導電性が低く、かつ非絶縁性の材料からなる保護層を形成したことを特徴とする非水系二次電池。 - 前記一方の電極が正極であり、前記金属箔からなる集電体がアルミニウムもしくはアルミニウムを主体とする合金からなることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。
- 前記活物質合剤層が金属酸化物を含むことを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。
- 前記他方の電極は炭素を主体とする活物質合剤層を備えていることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。
- 前記炭素を主体とする活物質合剤層は、金属箔からなる集電体の少なくとも片面に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の非水系二次電池。
- 前記他方の電極の金属箔からなる集電体は、銅もしくは銅を主体とする合金からなることを特徴とする請求項5に記載の非水系二次電池。
- 前記他方の電極の金属箔からなる集電体は、NiもしくはNiを主体とする合金からなることを特徴とする請求項5に記載の非水系二次電池。
- 前記他方の電極の金属箔からなる集電体は、ステンレススチールからなることを特徴とする請求項5に記載の非水系二次電池。
- 前記一方の電極が正極であり、前記他方の電極が負極であり、前記正極と負極とがセパレータを介して巻回されて巻回電極群が形成され、前記正極の巻回方向に沿った少なくとも一方の端部に金属が露出した部分が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。
- 前記一方の電極が正極であり、前記他方の電極が負極であり、前記正極と負極とがセパレータを介して積層されて積層電極群が形成され、前記正極の端部に金属が露出した部分が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池。
- 前記保護層は、絶縁性高分子物質と、電子伝導性の炭素、半導体材料、電導性酸化物からなる群から選択された少なくとも1つの材料の粉末を分散させたものであることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の非水系二次電池。
- 前記絶縁性高分子物質は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデンからなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項11に記載の非水系二次電池。
- 前記保護層は、絶縁性高分子物質と、電子伝導性の炭素、半導体材料、電導性酸化物からなる群から選択された少なくとも1つの材料と、充填剤とを分散させたものであることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の非水系二次電池。
- 前記充填剤は、ポリイミド粉末、アルミナ粉末からなる群から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項13に記載の非水系二次電池。
- 前記炭素の粉末は、比表面積が40m2/g以下であることを特徴とする請求項13に記載の非水系二次電池。
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