JP2010080294A - Secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極群の端面に集電端子板を有する二次電池に関し、特に電極群を構成する電極の芯材の改良に関する。 The present invention relates to a secondary battery having a current collecting terminal plate on an end face of an electrode group, and more particularly to improvement of an electrode core material constituting the electrode group.
二次電池をより高出力化するために、電極群の集電構造をタブレス構造とすることが検討されている。タブレス構造の二次電池は、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなり、相対する第１端面および第２端面を有する電極群を有する。第１端面および第２端面には、それぞれ第１電極と電気的に接続された第１集電端子板および第２電極と電気的に接続された第２集電端子板が配される。 In order to increase the output of the secondary battery, it has been studied to make the current collecting structure of the electrode group a tabless structure. A tabless structure secondary battery is formed by winding or laminating a first electrode and a second electrode with a separator interposed therebetween, and has an electrode group having a first end face and a second end face facing each other. A first current collecting terminal plate electrically connected to the first electrode and a second current collecting terminal plate electrically connected to the second electrode are disposed on the first end surface and the second end surface, respectively.
二次電池の製造工程においては、電極群を電池ケースに収容した後、電池ケース内に液状の電解質を注液する。ここで、タブレス構造を有する二次電池においては、電極群の第１端面および第２端面が、第１集電端子板および第２集電端子板でそれぞれ覆われている。よって、第１端面および第２端面から電極群への電解質の浸透は制限される。また、電極群の側面からは、電解質が浸透できないため、注液には長時間を要することになる。 In the manufacturing process of the secondary battery, after the electrode group is accommodated in the battery case, a liquid electrolyte is injected into the battery case. Here, in the secondary battery having a tabless structure, the first end surface and the second end surface of the electrode group are covered with the first current collecting terminal plate and the second current collecting terminal plate, respectively. Therefore, the permeation of the electrolyte from the first end face and the second end face to the electrode group is limited. In addition, since the electrolyte cannot permeate from the side of the electrode group, the injection requires a long time.
そこで、従来より、電極群への注液性を向上させるため、種々の検討が行われている。特許文献１は、正極活物質層にスリット状の未塗工部を設けて、電解質の注液性を向上させることを開示している。 Therefore, various studies have been made in order to improve the liquid injection property to the electrode group. Patent Document 1 discloses that a slit-like uncoated portion is provided in the positive electrode active material layer to improve the electrolyte injection property.
特許文献２は、捲回型の電極群、第１集電端子板および第２集電端子板を有するリチウム二次電池を開示している。特許文献２において、電極群の第１端面には、第１集電端子板に覆われていない領域が存在する。また、電極群の第２端面には、第２集電端子板に覆われていない領域が存在する。そのため、電解質が浸透しやすいと考えられる。
しかし、特許文献１の非水電解液二次電池は、正極全面にわたって未塗工部を設けているため、電池容量が低下する。また、電極群の端面に集電端子板が設けられている場合、電解質の電極群への浸透が妨げられることに変わりはない。 However, since the non-aqueous electrolyte secondary battery of Patent Document 1 has an uncoated portion over the entire surface of the positive electrode, the battery capacity is reduced. Moreover, when the current collection terminal board is provided in the end surface of the electrode group, it does not change that permeation to the electrode group of electrolyte is prevented.
また、特許文献２の場合、集電端子板を電極群の端面に溶接する際に、スパッタが飛散して、集電端子板で覆われていない領域において、セパレータ等が溶融してしまうことがある。その結果、電池の内部短絡が起こり易くなり、電池の不良が増加する。
In the case of
そこで、本発明は、電極群の端面が集電端子板で覆われた構造（タブレス構造）を有する二次電池において、電池容量を低下させることなく、電解質の注液性を向上させ、さらに品質に優れた二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a secondary battery having a structure (tabless structure) in which the end face of the electrode group is covered with a current collector terminal plate, improving the liquid injection property of the electrolyte without reducing the battery capacity, and further improving the quality. An object of the present invention is to provide a secondary battery excellent in the above.
本発明は、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなり、相対する第１端面および第２端面を有する電極群と、
第１端面に配置され、第１電極と電気的に接続された第１集電端子板と、
第２端面に配置され、第２電極と電気的に接続された第２集電端子板と、
電極群に含浸された非水電解液と、を具備し、
第１電極は、第１芯材と、第１芯材に付着した第１活物質層とを含み、かつ、第１端面に配置されて第１集電端子板と溶接された第１芯材の露出端部を有し、
第２電極は、第２芯材と、第２芯材に付着した第２活物質層とを含み、かつ、第２端面に配置されて第２集電端子板と溶接された第２芯材の露出端部を有し、
第１芯材が、複数の貫通した第１開口を有し、
第２芯材が、複数の貫通した第２開口を有する、二次電池を提供する。
The present invention comprises a first electrode and a second electrode wound or laminated via a separator, an electrode group having a first end face and a second end face facing each other,
A first current collector terminal plate disposed on the first end face and electrically connected to the first electrode;
A second current collector terminal plate disposed on the second end face and electrically connected to the second electrode;
A non-aqueous electrolyte impregnated in the electrode group,
The first electrode includes a first core material and a first active material layer attached to the first core material, and is disposed on the first end surface and welded to the first current collector terminal plate. Having an exposed end of
The second electrode includes a second core material and a second active material layer attached to the second core material, and is disposed on the second end surface and welded to the second current collector terminal plate. Having an exposed end of
The first core member has a plurality of first openings that pass therethrough,
Provided is a secondary battery in which a second core member has a plurality of penetrating second openings.
本発明において、第１集電端子板は、第１端面のほぼ全面を覆っていてもよい。このとき、第２集電端子板が、第２端面のほぼ全面を覆っていてもよい。本発明において、集電端子板が、端面のほぼ全面を覆っている状態とは、例えば、電極群の端面をその法線方向から見たときに、端面の９０％以上が、集電端子板で覆われている状態をいうが、端面の全面が完全に覆われていてもよい。第１芯材および第２芯材の開口率は、それぞれ１〜５０％であることが好ましい。
第１芯材および第２芯材は、それぞれ１ｃｍ2あたり１〜５０個の第１開口および第２開口を有することが好ましい。
第１芯材および第２芯材がそれぞれ帯状である場合、第１開口は、第１芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状であり、第２開口は、第２芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状であることが好ましい。ただし、第１開口が、第１芯材の長尺方向に対して平行なスリット状であり、第２開口が、第２芯材の長尺方向に対して平行なスリット状であってもよい。
第１開口および第２開口が、それぞれ芯材の長尺方向に対して傾斜している場合、電極群中で、第１開口と第２開口とが、互いに交差していることが好ましい。
In the present invention, the first current collecting terminal plate may cover substantially the entire first end face. At this time, the second current collecting terminal plate may cover substantially the entire second end surface. In the present invention, the state where the current collecting terminal plate covers almost the entire end surface means that, for example, when the end surface of the electrode group is viewed from the normal direction, 90% or more of the end surface is the current collecting terminal plate. The entire surface of the end surface may be completely covered. The opening ratios of the first core material and the second core material are each preferably 1 to 50%.
The first core material and the second core material preferably each have 1 to 50 first openings and second openings per 1 cm 2 .
When each of the first core material and the second core material has a strip shape, the first opening is a slit shape inclined with respect to the longitudinal direction of the first core material, and the second opening is the length of the second core material. A slit shape inclined with respect to the scale direction is preferable. However, the first opening may be a slit shape parallel to the longitudinal direction of the first core material, and the second opening may be a slit shape parallel to the longitudinal direction of the second core material. .
When the first opening and the second opening are respectively inclined with respect to the longitudinal direction of the core member, it is preferable that the first opening and the second opening intersect each other in the electrode group.
本発明によれば、電極群の端面が集電端子板で覆われた構造を有する二次電池において、電池容量を低下させることなく、電解質の注液性を向上させることができ、しかも品質に優れた二次電池を提供することができる。 According to the present invention, in the secondary battery having the structure in which the end face of the electrode group is covered with the current collector terminal plate, the electrolyte injection property can be improved without reducing the battery capacity, and the quality can be improved. An excellent secondary battery can be provided.
本発明の二次電池は、電極群と、第１集電端子板と、第２集電端子板と、非水電解液とを具備する。電極群は、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなり、相対する第１端面および第２端面（以下、電極群の端面とも称する）を有する。第１電極は、第１芯材と、第１芯材に付着した第１活物質層とを含み、かつ、第１端面に配置されて第１集電端子板と溶接された第１芯材の露出端部を有する。
第２電極は、第２芯材と、第２芯材に付着した第２活物質層とを含み、かつ、第２端面に配置されて第２集電端子板と溶接された第２芯材の露出端部を有する。
The secondary battery of the present invention includes an electrode group, a first current collecting terminal plate, a second current collecting terminal plate, and a nonaqueous electrolytic solution. The electrode group is formed by winding or laminating a first electrode and a second electrode with a separator interposed therebetween, and has a first end face and a second end face (hereinafter also referred to as end faces of the electrode group) facing each other. The first electrode includes a first core material and a first active material layer attached to the first core material, and is disposed on the first end surface and welded to the first current collector terminal plate. Having an exposed end.
The second electrode includes a second core material and a second active material layer attached to the second core material, and is disposed on the second end surface and welded to the second current collector terminal plate. Having an exposed end.
第１端面には、第１電極と電気的に接続された第１集電端子板が配され、第２端面には、第２電極と電気的に接続された第２集電端子板が配されている。よって、電池の製造工程において、電解質を電極群に浸透させる際、第１端面もしくは第２端面からの電解質の浸透は集電端子板により妨げられる。そこで、第１芯材に、複数の貫通した第１開口を設け、第２芯材にも、複数の貫通した第２開口を設けている。これにより、電極群の側面からの電解質の浸透が容易となり、注液性が飛躍的に向上する。
本発明において、単に集電端子板という場合、第１集電端子板および第２集電端子板のいずれか一方もしくは両方を指す。
A first current collecting terminal plate electrically connected to the first electrode is arranged on the first end face, and a second current collecting terminal board electrically connected to the second electrode is arranged on the second end face. Has been. Therefore, when the electrolyte is allowed to permeate into the electrode group in the battery manufacturing process, the permeation of the electrolyte from the first end face or the second end face is hindered by the current collector terminal plate. Therefore, the first core member is provided with a plurality of penetrating first openings, and the second core member is also provided with a plurality of penetrating second openings. Thereby, the penetration of the electrolyte from the side surface of the electrode group is facilitated, and the liquid injection property is dramatically improved.
In the present invention, when simply referred to as a current collector terminal plate, it refers to either one or both of a first current collector terminal plate and a second current collector terminal plate.
集電端子板を用いることで、高出力特性を有する二次電池が得られる。しかし、集電端子板は電解質の電極群への浸透を妨げるため、従来は集電端子板に貫通孔を設ける必要があった。一方、本発明においては、第１集電端子板が電極群の第１端面に電気的に接続されており、第２集電端子板が第２端面に接続されている場合でも、第１集電端子板に、貫通孔を設ける必要がない。集電端子板に貫通孔を形成する場合、様々な不都合が生じるが、本発明においては、そのような不都合を解消することができる。例えば、集電端子板と電極群の端面とを溶接するときに、スパッタの飛散によりセパレータ等が溶融してしまうことがなく、電池の品質を高く維持することができる。また、集電端子板の面積を大きくできるため、集電性能も高く維持できる。集電端子板は、電極群の端面のほぼ全面を被覆していてもよく、電極群の端面の全面を完全に被覆していてもよい。 By using the current collector terminal plate, a secondary battery having high output characteristics can be obtained. However, since the current collecting terminal plate prevents the electrolyte from penetrating into the electrode group, conventionally, it has been necessary to provide a through hole in the current collecting terminal plate. On the other hand, in the present invention, even when the first current collector terminal plate is electrically connected to the first end face of the electrode group and the second current collector terminal board is connected to the second end face, the first current collector terminal board is connected. There is no need to provide a through hole in the electrical terminal board. When the through holes are formed in the current collector terminal plate, various inconveniences occur. In the present invention, such inconveniences can be solved. For example, when the current collector terminal plate and the end face of the electrode group are welded, the separator and the like are not melted due to scattering of the spatter, and the battery quality can be maintained high. Further, since the area of the current collecting terminal plate can be increased, the current collecting performance can be maintained high. The current collector terminal plate may cover almost the entire end face of the electrode group, or may completely cover the entire end face of the electrode group.
第１芯材および第２芯材の材料は特に限定されない。第１芯材および第２芯材は、一方が正極芯材であり、他方が負極芯材である。芯材は、集電性に優れ、二次電池の使用条件において化学的に安定であることが好ましい。例えば、正極芯材の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン等が挙げられる。なかでも、優れた成形性を有することから、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが好ましい。負極芯材の材質としては、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等が挙げられる。なかでも、優れた成形性を有することから、銅または銅合金を用いることが好ましい。
芯材の形態は特に限定されないが、例えば帯状の箔、シート等の形態を有する。
The materials of the first core material and the second core material are not particularly limited. One of the first core material and the second core material is a positive electrode core material, and the other is a negative electrode core material. The core material is preferably excellent in current collecting properties and chemically stable under the use conditions of the secondary battery. For example, examples of the material for the positive electrode core material include aluminum, an aluminum alloy, and titanium. Especially, since it has the outstanding moldability, it is preferable to use aluminum or aluminum alloy. Examples of the material for the negative electrode core material include copper, copper alloys, nickel, and stainless steel. Especially, since it has the outstanding moldability, it is preferable to use copper or a copper alloy.
Although the form of a core material is not specifically limited, For example, it has forms, such as strip | belt-shaped foil and a sheet | seat.
正極芯材の厚さは、１０〜３０μｍであることが好ましい。正極芯材の厚さが１０μｍ未満であると、開口を形成した際に、強度が不十分となる場合がある。正極芯材の厚さが３０μｍより大きいと、電池内を芯材が占める体積が大きくなり、エネルギー密度が不十分となる場合がある。 The thickness of the positive electrode core material is preferably 10 to 30 μm. If the thickness of the positive electrode core material is less than 10 μm, the strength may be insufficient when an opening is formed. When the thickness of the positive electrode core material is larger than 30 μm, the volume occupied by the core material in the battery is increased, and the energy density may be insufficient.
負極芯材の厚さは、８〜３０μｍであることが好ましい。負極芯材の厚さが８μｍ未満であると、開口を形成した場合に、強度が不十分となる場合がある。負極芯材の厚さが３０μｍより大きいと、電池内を芯材が占める体積が大きくなり、エネルギー密度が不十分となる場合がある。 The thickness of the negative electrode core material is preferably 8 to 30 μm. If the thickness of the negative electrode core material is less than 8 μm, the strength may be insufficient when an opening is formed. When the thickness of the negative electrode core material is larger than 30 μm, the volume occupied by the core material in the battery becomes large, and the energy density may be insufficient.
第１芯材のおよび第２芯材の開口率は、それぞれ１〜５０％であることが好ましい。開口率とは、単位面積あたりにおける、開口部分が占める面積の割合のことをいう。開口率は、例えば、芯材の１ｃｍ四方の領域を光学顕微鏡またはＳＥＭ等で観察し、その領域において開口部分が占める面積の割合を測定することで求められる。本発明における開口率とは、芯材の１ｃｍ四方の領域を３箇所測定したときの、それぞれの領域の開口率の平均値を求めている。 The opening ratios of the first core material and the second core material are preferably 1 to 50%, respectively. An aperture ratio means the ratio of the area which an opening part occupies per unit area. The aperture ratio is obtained, for example, by observing a 1 cm square region of the core material with an optical microscope or SEM and measuring the ratio of the area occupied by the opening portion in the region. With the aperture ratio in this invention, the average value of the aperture ratio of each area | region when three areas of 1 cm square areas of a core material are measured is calculated | required.
開口率が１％未満であると、注液性の向上効果が不十分となる場合がある。一方、開口率が５０％より大きいと、電極の形成や圧延が困難になる場合がある。捲回型の電極群を用いる場合、第１芯材および第２芯材の開口率は、１〜３０％であることがより好ましい。積層型の電極群を用いる場合、第１芯材および第２芯材の開口率は、１〜４０％であることがより好ましい。ここで、積層型の電極群とは、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して積層したものであり、捲回型の電極群とは、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して積層したものを、渦巻状に捲回したものである。 If the aperture ratio is less than 1%, the effect of improving the liquid injection property may be insufficient. On the other hand, if the aperture ratio is larger than 50%, it may be difficult to form or roll an electrode. When the wound electrode group is used, the opening ratio of the first core material and the second core material is more preferably 1 to 30%. In the case of using a stacked electrode group, the opening ratio of the first core material and the second core material is more preferably 1 to 40%. Here, the stacked electrode group is a stack of the first electrode and the second electrode via a separator, and the wound electrode group is the first electrode and the second electrode, What was laminated via a separator was wound in a spiral shape.
第１芯材および第２芯材は、それぞれ１ｃｍ2あたり１〜５０個の第１開口および第２開口を有することが好ましい。第１開口および第２開口が１ｃｍ2あたり１個未満であると、注液性の向上効果が不十分となる場合がある。一方、第１開口および第２開口が１ｃｍ2あたり５０個以上であると、強度が不十分となる場合がある。 The first core material and the second core material preferably each have 1 to 50 first openings and second openings per 1 cm 2 . If the first opening and the second opening are less than 1 per 1 cm 2 , the effect of improving the liquid injection property may be insufficient. On the other hand, if the number of the first openings and the second openings is 50 or more per 1 cm 2 , the strength may be insufficient.
第１芯材において、互いに隣接する第１開口同士の間隔は、３〜１０ｍｍであることが好ましい。第２芯材において、互いに隣接する第２開口同士の間隔は、３〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、開口同士の間隔とは、開口を形成する図形の重心間の距離である。 In the first core material, the interval between the first openings adjacent to each other is preferably 3 to 10 mm. In the second core material, the interval between the second openings adjacent to each other is preferably 3 to 10 mm. Here, the interval between the openings is a distance between the centers of gravity of the figures forming the openings.
第１開口および第２開口の形状は特に限定されない。例えば、略円形、不定形、スリット状、略矩形、菱形、多角形等が挙げられる。第１開口と第２開口とは、同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。第１開口および第２開口は、連続的に形成されていてもよく、不連続に形成されていてもよい。第１芯材には、同一の形状の第１開口のみが複数形成されていてもよく、異なる複数種の形状の第１開口が形成されていてもよい。第２芯材には、同一の形状の第２開口のみが複数形成されていてもよく、異なる複数種の形状の第２開口が形成されていてもよい。 The shape of the first opening and the second opening is not particularly limited. For example, a substantially circular shape, an indefinite shape, a slit shape, a substantially rectangular shape, a diamond shape, a polygonal shape, and the like can be given. The first opening and the second opening may have the same shape or different shapes. The first opening and the second opening may be formed continuously or discontinuously. Only a plurality of first openings having the same shape may be formed in the first core member, or first openings having a plurality of different shapes may be formed. Only a plurality of second openings having the same shape may be formed in the second core material, or second openings having a plurality of different shapes may be formed.
第１開口または第２開口が略円形である場合、その直径は０．５ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。これにより、電解質の注液性がさらに向上する。略円形とは、当業者が一般的に円形と認識できる形状をいい、真円、楕円等が挙げられる。楕円型の場合、極板強度をより向上させる観点から、その長径の長さ方向を、芯材の長尺方向と平行とすることが好ましい。 When the first opening or the second opening is substantially circular, the diameter is preferably 0.5 mm to 1 mm. Thereby, the pouring property of electrolyte is further improved. The substantially circular shape means a shape that can be generally recognized as a circular shape by those skilled in the art, and examples thereof include a perfect circle and an ellipse. In the case of an elliptical shape, from the viewpoint of further improving the electrode plate strength, the length direction of the major axis is preferably parallel to the longitudinal direction of the core material.
第１開口または第２開口が略矩形である場合、その対角線の長さは、０．５ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。矩形の長辺の長さと短辺の長さの比は特に限定されず、正方形であってもよく、長方形であってもよい。矩形の長辺と短辺とは、異なる長さであってもよく、同じ長さであってもよい。極板強度をより向上させる観点から、長辺の長さ方向を、芯材の長尺方向と平行とすることが好ましい。 When the first opening or the second opening is substantially rectangular, the length of the diagonal line is preferably 0.5 mm to 1 mm. The ratio of the length of the long side of the rectangle to the length of the short side is not particularly limited, and may be a square or a rectangle. The long side and the short side of the rectangle may have different lengths or the same length. From the viewpoint of further improving the electrode plate strength, it is preferable to make the length direction of the long side parallel to the longitudinal direction of the core material.
以下、スリット状の第１開口および第２開口について説明する。
図１Ａは、スリット状の第１開口１１を有する第１芯材１ａを模式的に示す上面図である。図１Ｂは、スリット状の第２開口２１を有する第２芯材２ａを模式的に示す上面図である。
第１開口または第２開口の形状がスリット状である場合、その長さは、全てのスリットで同じである必要はないが、それぞれが１〜１０ｍｍであることが好ましい。スリットの長さが１ｍｍ未満であると、開口の面積が小さくなるため、単位面積あたりのスリットの個数を多くしなければ、注液性の向上効果が不十分となる場合がある。スリットの長さが１０ｍｍを超えると、芯材の強度が不十分になる場合がある。
Hereinafter, the slit-shaped first opening and second opening will be described.
FIG. 1A is a top view schematically showing a
When the shape of the 1st opening or the 2nd opening is slit shape, the length does not need to be the same with all the slits, but it is preferred that each is 1-10 mm. If the length of the slit is less than 1 mm, the area of the opening is reduced, so that the effect of improving the liquid injection property may be insufficient unless the number of slits per unit area is increased. If the slit length exceeds 10 mm, the strength of the core material may be insufficient.
スリットの幅は、全てのスリットで同じである必要はないが、それぞれが２００μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。スリットの幅が２００μｍ未満であると、開口の面積が小さくなるため、単位面積あたりのスリットの個数を多くしなければ、注液性の向上効果が不十分となる場合がある。スリットの長さが２ｍｍを超えると、芯材の強度が不十分になる場合がある。
スリットの幅に対する長さの比（アスペクト比）は、５〜５０であることが好ましい。
The widths of the slits need not be the same for all the slits, but each is preferably 200 μm to 2 mm. If the width of the slit is less than 200 μm, the area of the opening becomes small, and the effect of improving the liquid injection property may be insufficient unless the number of slits per unit area is increased. If the length of the slit exceeds 2 mm, the strength of the core material may be insufficient.
The ratio of the length to the width of the slit (aspect ratio) is preferably 5-50.
本発明の一態様においては、第１芯材および第２芯材がそれぞれ帯状であり、第１開口が、第１芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状であり、第２開口が、第２芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状である。これにより、第１開口と第２開口とを、電極群中で互いに交差する方向に形成することができる。これにより、電解質の電極群への注液性がより向上する。ここで、スリットは、その少なくとも一部が、第１芯材および第２芯材の長尺方向に対して傾斜していれば、注液性をより向上させる効果が得られる。ただし、注液性の向上効果を高める観点からは、大部分もしくは全てのスリットが傾斜していることが好ましい。 In one aspect of the present invention, each of the first core material and the second core material has a strip shape, the first opening has a slit shape inclined with respect to the longitudinal direction of the first core material, and the second opening has The slit shape is inclined with respect to the longitudinal direction of the second core member. Thereby, the first opening and the second opening can be formed in a direction intersecting with each other in the electrode group. Thereby, the pouring property to the electrode group of electrolyte improves more. Here, if at least a part of the slit is inclined with respect to the longitudinal direction of the first core material and the second core material, an effect of further improving the liquid injection property can be obtained. However, from the viewpoint of improving the effect of improving the liquid injection property, most or all of the slits are preferably inclined.
スリット状の第１開口の長さ方向と、第１芯材の長尺方向とは、４５°以下の角度をなすことが好ましい。スリット状の第２開口の長さ方向と、第２芯材の長尺方向とは、４５°以下の角度をなすことが好ましい。開口と芯材の長尺方向とがなす角が４５°を超えると、長尺方向の張力に対する芯材の強度が小さくなる場合がある。例えば、電極を捲回して電極群を作製する際に、芯材が切れやすくなる場合がある。第１開口の長さ方向と、第２開口の長さ方向とがなす角は、例えば２０°以上であればよい。 It is preferable that the length direction of the slit-shaped first opening and the length direction of the first core member form an angle of 45 ° or less. It is preferable that the length direction of the slit-shaped second opening and the long direction of the second core member form an angle of 45 ° or less. If the angle formed by the opening and the longitudinal direction of the core material exceeds 45 °, the strength of the core material against the tension in the longitudinal direction may be reduced. For example, when the electrode group is manufactured by winding the electrode, the core material may be easily cut. The angle formed by the length direction of the first opening and the length direction of the second opening may be, for example, 20 ° or more.
本発明の別の一態様においては、開口と芯材の長尺方向とがなす角が０°である。この場合、第１開口は、第１芯材の長尺方向に対して平行なスリット状であり、第２開口は、第２芯材の長尺方向に対して平行なスリット状である。芯材の長尺方向に平行なスリットは、芯材が切れにくくなる点で好ましい。よって、例えば芯材が、比較的強度の弱い材質である場合には、この態様がより好ましい。ここで、スリットは、その少なくとも一部が第１芯材および第２芯材の長尺方向に対して平行であればよいが、芯材の切れを確実に抑制したい場合には、大部分もしくは全て平行であることが好ましい。 In another aspect of the present invention, the angle formed by the opening and the longitudinal direction of the core material is 0 °. In this case, the first opening has a slit shape parallel to the longitudinal direction of the first core material, and the second opening has a slit shape parallel to the longitudinal direction of the second core material. A slit parallel to the longitudinal direction of the core material is preferable in that the core material is difficult to cut. Therefore, for example, when the core material is a material having relatively low strength, this aspect is more preferable. Here, it is sufficient that at least a part of the slit is parallel to the longitudinal direction of the first core material and the second core material, but most of the slit or All are preferably parallel.
上記のいずれの態様においても、全てのスリットが同じ方向に向かって形成されている必要はないが、全てのスリットが同じ方向に向かって形成されていてもよい。 In any of the above embodiments, all the slits need not be formed in the same direction, but all the slits may be formed in the same direction.
上記の第１芯材および第２芯材を用いることで、タブレス構造の二次電池において、集電端子板に貫通孔を設けることなく、優れた注液性を実現することができる。 By using the first core material and the second core material described above, in a tabless secondary battery, it is possible to achieve excellent liquid injection without providing a through hole in the current collector terminal plate.
以下、本発明の二次電池の一実施形態として、リチウムイオン二次電池について説明する。図２は、円筒型リチウムイオン二次電池を模式的に示す縦断面図である。なお、本発明において、電池ケースの形態は特に限定されない。以下、有底円筒型の電池ケースと、封口板とを用いる場合について述べているが、その他にも、例えば、２つの開口部を有する筒状の電池ケースと、２つの封口板とを用いてもよい。また、電池の形状も特に限定されず、例えば、ラミネート型等を採用してもよい。
第１電極を正極とし、第２電極を負極とする場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。第１電極を負極とし、第２電極を正極としてもよい。
リチウムイオン二次電池は、正極１と負極２とを、セパレータ３を介して捲回もしくは積層してなる電極群４を有する。電極群４には、非水電解質が含浸されている。
Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described as an embodiment of the secondary battery of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a cylindrical lithium ion secondary battery. In the present invention, the form of the battery case is not particularly limited. Hereinafter, although the case where a bottomed cylindrical battery case and a sealing plate are used is described, in addition, for example, a cylindrical battery case having two openings and two sealing plates are used. Also good. Further, the shape of the battery is not particularly limited, and for example, a laminate type may be adopted.
Although the case where the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode will be described, the present invention is not limited to this. The first electrode may be a negative electrode and the second electrode may be a positive electrode.
The lithium ion secondary battery includes an electrode group 4 formed by winding or laminating a positive electrode 1 and a
正極１は、正極芯材１ａと、正極芯材に付着した正極活物質層（第１電極活物質層）１ｂとを含む。正極活物質層は、正極活物質を必須成分として含み、導電材、結着剤等を任意成分として含む。優れた注液性とエネルギー密度とを両立する観点から、正極の空隙率は、１５〜５５％であることが好ましい。本発明によれば、正極活物質層の空隙率が比較的小さい場合であっても、優れた注液性が得られる。
The positive electrode 1 includes a positive
正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能であれば特に限定されないが、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4などのリチウム複合酸化物等が挙げられる。正極活物質は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。正極活物質は、粉末であることが好ましい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium, and examples thereof include lithium composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 . Only one type of positive electrode active material may be used alone, or two or more types may be used in combination. The positive electrode active material is preferably a powder.
導電材は特に限定されない。例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛やチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料等が挙げられる。 The conductive material is not particularly limited. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, carbon black such as thermal black, conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber, fluoride Examples thereof include metal powders such as carbon and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as phenylene derivatives.
結着剤は特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリビニルピロリドン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、結着剤には、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレンおよびアクリル酸よりなる群から選ばれる２種以上を含む共重合体を用いてもよい。 The binder is not particularly limited. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, polyacrylic acid ethyl ester, polyacrylic Examples include acid hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid ethyl ester, polymethacrylic acid hexyl ester, polyvinyl pyrrolidone, hexafluoropolypropylene, styrene butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose. These may be used alone or in combination of two or more. The binder may be a copolymer containing two or more selected from the group consisting of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, and acrylic acid. .
正極は、例えば以下の方法で作製する。
正極活物質と、任意成分である結着剤、導電材等とを混合して得られる正極合剤を、液状成分と混合して正極合剤スラリーを調製する。得られた正極合剤スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥させることで、正極が得られる。
The positive electrode is produced, for example, by the following method.
A positive electrode mixture slurry obtained by mixing a positive electrode active material, a binder, which is an optional component, a conductive material, and the like and a liquid component is prepared. The positive electrode mixture slurry obtained is applied to a positive electrode current collector and dried to obtain a positive electrode.
負極２は、負極芯材２ａと、負極芯材２ａに付着した負極活物質層（第２電極活物質層）２ｂとを含む。負極活物質層は、負極活物質を必須成分として含み、導電材、結着剤等を任意成分として含む。優れた注液性とエネルギー密度とを両立する観点から、負極の空隙率は、２０〜６３％であることが好ましい。
The
負極活物質としては、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、錫化合物、珪素化合物、各種合金材料等を用いることができる。炭素材料としては、例えば各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素などの炭素材料が用いられる。また、珪素（Ｓｉ）や錫（Ｓｎ）などの単体、合金、化合物、固溶体などが、容量密度の大きい点で好ましい。負極活物質は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。負極活物質は、粉末であることが好ましい。 As the negative electrode active material, for example, metals, metal fibers, carbon materials, oxides, nitrides, tin compounds, silicon compounds, various alloy materials, and the like can be used. Examples of the carbon material include carbon materials such as various natural graphites, cokes, graphitized carbon, carbon fibers, spherical carbon, various artificial graphites, and amorphous carbon. Further, simple substances such as silicon (Si) and tin (Sn), alloys, compounds, solid solutions, and the like are preferable in terms of a large capacity density. A negative electrode active material may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The negative electrode active material is preferably a powder.
珪素化合物としては、例えば、ＳｉＯx（０．０５＜ｘ＜１．９５）で表される化合物を用いることが好ましい。Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ、ＮおよびＳｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種でＳｉの一部を置換した珪素の合金や化合物、または固溶体などを用いることができる。
錫化合物としては、例えば、Ｎｉ2Ｓｎ4、Ｍｇ2Ｓｎ、ＳｎＯx（０＜ｘ＜２）、ＳｎＯ2、ＳｎＳｉＯ3等を用いることが好ましい。
As the silicon compound, for example, a compound represented by SiO x (0.05 <x <1.95) is preferably used. One of Si selected from the group consisting of B, Mg, Ni, Ti, Mo, Co, Ca, Cr, Cu, Fe, Mn, Nb, Ta, V, W, Zn, C, N and Sn An alloy or compound of silicon in which a part is substituted, a solid solution, or the like can be used.
As the tin compound, for example, Ni 2 Sn 4 , Mg 2 Sn, SnO x (0 <x <2), SnO 2 , SnSiO 3 or the like is preferably used.
負極の導電材および結着剤は特に限定されない。例えば、正極の導電材および結着剤として例示した材料と同様のものを、特に限定なく用いることができる。 The conductive material and binder of the negative electrode are not particularly limited. For example, the same materials as those exemplified as the conductive material and the binder for the positive electrode can be used without any particular limitation.
負極は、例えば以下の方法で作製する。
負極活物質と、任意成分とを混合して得られる負極合剤を、液状成分と混合して負極合剤スラリーを調製する。得られた負極合剤スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥させることで、負極が得られる。
The negative electrode is produced, for example, by the following method.
A negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and an optional component is mixed with a liquid component to prepare a negative electrode mixture slurry. The obtained negative electrode mixture slurry is applied to a negative electrode current collector and dried to obtain a negative electrode.
セパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン製の微多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。ポリオレフィンは、耐久性に優れ、かつシャットダウン機能を有するため、二次電池の安全性を向上させる観点から好ましい。優れた注液性と耐久性とを両立する観点から、セパレータの空隙率は、３５〜６０％であることが好ましい。 Examples of the separator include microporous membranes made of polyolefin such as polypropylene and polyethylene, woven fabrics, and nonwoven fabrics. Polyolefin is preferable from the viewpoint of improving the safety of the secondary battery because it is excellent in durability and has a shutdown function. From the viewpoint of achieving both excellent liquid injection properties and durability, the porosity of the separator is preferably 35 to 60%.
正極と負極との間には、さらに多孔質絶縁層が介在してもよい。多孔質絶縁層は、イオン伝導性を有することが好ましく、絶縁性結着剤と、絶縁性の無機酸化物粒子とを含むことが好ましい。無機酸化物を含む多孔質絶縁層は、優れた耐熱性を有するため、二次電池の安全性が大きく向上する。なお、多孔質絶縁層をセパレータとして用いることもできる。優れた注液性と安全性とを両立する観点から、多孔質絶縁層の空隙率は、４０〜６５％であることが好ましい。 A porous insulating layer may be further interposed between the positive electrode and the negative electrode. The porous insulating layer preferably has ionic conductivity, and preferably contains an insulating binder and insulating inorganic oxide particles. Since the porous insulating layer containing an inorganic oxide has excellent heat resistance, the safety of the secondary battery is greatly improved. A porous insulating layer can also be used as a separator. From the viewpoint of achieving both excellent liquid injection properties and safety, the porosity of the porous insulating layer is preferably 40 to 65%.
絶縁性結着剤としては、無機酸化物粒子としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、マグネシア等が挙げられる。なかでも、アルミナを用いることが好ましく、α−アルミナを用いることが特に好ましい。α−アルミナは化学的に安定であり、高純度であればあるほど、特に安定である。アルミナは、非水電解質と反応したり、酸化、観点されたりしにくいため、電池に悪影響を及ぼしにくい。
無機酸化物粒子の平均粒径は、特に限定されないが、０．０５〜５μｍであることが好ましい。
Examples of the insulating binder include alumina, zirconia, silica, titania, magnesia and the like as the inorganic oxide particles. Among these, it is preferable to use alumina, and it is particularly preferable to use α-alumina. α-alumina is chemically stable, and the higher the purity, the more stable it is. Alumina hardly reacts with the non-aqueous electrolyte, is not easily oxidized, and is not easily viewed, and therefore does not adversely affect the battery.
The average particle size of the inorganic oxide particles is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 5 μm.
非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解する溶質とを含む。
非水溶媒は、特に限定されないが、環状炭酸エステルと、鎖状炭酸エステルとを含むことが好ましい。具体的な環状炭酸エステルとしては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。具体的な鎖状炭酸エステルとしては、例えば、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）など等が挙げられる。これらの非水溶媒を用いることで、非水電解質の電極群に対する注液性がさらに向上する。
The nonaqueous electrolyte includes a nonaqueous solvent and a solute that dissolves in the nonaqueous solvent.
The non-aqueous solvent is not particularly limited, but preferably includes a cyclic carbonate and a chain carbonate. Specific examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate and propylene carbonate. Specific examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), and the like. By using these nonaqueous solvents, the liquid injection property of the nonaqueous electrolyte to the electrode group is further improved.
非水溶媒には、更に環状カルボン酸エステル等を添加してもよい。具体的な環状カルボン酸エステルとしては、例えばγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）等が挙げられる。 A cyclic carboxylic acid ester or the like may be further added to the non-aqueous solvent. Specific examples of cyclic carboxylic acid esters include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL).
溶質も特に限定されないが、例えば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ3、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類等が挙げられる。溶質は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
Although solute is not particularly limited, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAlCl 4,
非水電解質は、二次電池の保存特性、サイクル特性、安全性等を向上させる観点から、種々の添加剤を含んでもよい。具体的な添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、４−メチルビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、４−エチルビニレンカーボネート、４，５−ジエチルビニレンカーボネート、４−プロピルビニレンカーボネート、４，５−ジプロピルビニレンカーボネート、４−フェニルビニレンカーボネート、４，５−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。添加剤は単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、およびジビニルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。 The nonaqueous electrolyte may contain various additives from the viewpoint of improving the storage characteristics, cycle characteristics, safety, etc. of the secondary battery. Specific additives include, for example, vinylene carbonate (VC), 4-methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4-ethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, 4-propyl vinylene carbonate, Examples include 4,5-dipropyl vinylene carbonate, 4-phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate (VEC), and divinyl ethylene carbonate. An additive may be used independently and may be used in combination of 2 or more type. Among them, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and divinyl ethylene carbonate.
次に、本発明の二次電池の作製方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
まず、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１芯材１ａおよび第２芯材２ａに、第１開口１１および第２開口２１をそれぞれ形成する。開口を形成する方法は特に限定されず、任意の方法で形成することができる。例えば、エンボス法、打ち抜き法、プレス法、レシプロ法等が挙げられる。
Next, an example of a method for manufacturing a secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, as shown in FIGS. 1A and 1B, a
例えば、レシプロ法で芯材にスリットを形成する場合、複数の板状カッターを重ね合わせた上型と下型との間に芯材を供給することで、芯材にスリットが形成される。その後、芯材を両面からローラ等で圧延して平坦化することで、スリットを有する芯材が得られる。 For example, when a slit is formed in the core material by the reciprocating method, the slit is formed in the core material by supplying the core material between an upper mold and a lower mold in which a plurality of plate cutters are overlapped. Then, the core material which has a slit is obtained by rolling and flattening a core material with a roller etc. from both surfaces.
上記の芯材を用いて、図２に示すような二次電池を作製する。
第１開口を形成した第１芯材に、正極活物質ペーストを塗布する。このとき、正極芯材の露出端部を形成するように正極活物質ペーストを塗布する。正極活物質ペーストは、正極活物質と、必要に応じて導電材および結着剤とを、分散媒に分散させて調製する。分散媒は特に限定されないが、例えば、水、アルコール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキサノン等を用いればよい。正極活物質ペーストを塗布する方法は特に限定されないが、例えばダイコーター、コンマコーター等が挙げられる。
その後、塗布した正極活物質ペーストを乾燥させて、圧延を行うことで、第１電極である正極１が得られる。
A secondary battery as shown in FIG. 2 is produced using the core material.
A positive electrode active material paste is applied to the first core material in which the first opening is formed. At this time, the positive electrode active material paste is applied so as to form an exposed end portion of the positive electrode core material. The positive electrode active material paste is prepared by dispersing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive material and a binder in a dispersion medium. Although a dispersion medium is not specifically limited, For example, water, alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexanone, etc. may be used. A method for applying the positive electrode active material paste is not particularly limited, and examples thereof include a die coater and a comma coater.
Thereafter, the applied positive electrode active material paste is dried and rolled to obtain the positive electrode 1 as the first electrode.
正極と同様に、第２開口を形成した第２芯材に、負極活物質ペーストを塗布した後、乾燥させて、負極芯材の露出端部を有する負極２を作製する。負極活物質ペーストは、負極活物質と、必要に応じて導電材および結着剤とを、分散媒に分散させて調製する。分散媒は特に限定されず、例えば正極において例示したものと同様の分散媒を、特に制限なく用いることができる。負極活物質ペーストを塗布する方法も特に限定されず、正極と同様の方法で塗布すればよい。
Similarly to the positive electrode, the negative electrode active material paste is applied to the second core material having the second opening, and then dried to produce the
正極１と負極２とを、セパレータ３および必要に応じて多孔質絶縁層を介して、積層または捲回して、電極群４を作製する。このとき、正極芯材１ａの露出端部が、負極２より突出するようにし、負極芯材２ａの露出端部が、正極１より突出するように電極群４を構成する。
The positive electrode 1 and the
正極芯材１ａの露出端部には、正極集電端子板１０を溶接し、負極芯材２ａの露出端部には、負極集電端子板２０を溶接する。
The positive electrode current
電極芯材の露出部と集電端子板とを溶接する手法としては、例えば、アーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を採用することができる。正極集電端子板および負極集電端子板は、いずれも貫通孔を有さないことが好ましい。 As a technique for welding the exposed portion of the electrode core member and the current collector terminal plate, for example, a welding method such as arc welding, laser welding, or electron beam welding can be employed. It is preferable that neither the positive electrode current collector terminal plate nor the negative electrode current collector terminal plate has a through hole.
正極集電端子板１０および負極集電端子板２０を有する電極群４を、電池ケース５に収納する。その後、非水電解質を電池ケース５内に注液し、電極群４に非水電解質を含浸させる。具体的には、電極群の表面に非水電解質の残渣が確認できなくなるまで、電極群を例えば２６０Ｐａの減圧下に放置する。なお、注液の方法は特に限定されず、例えば、加圧注液等、他の注液方法であっても、本発明の効果が得られる。その後、電池ケース５の開口部を封口板７で封口することで、二次電池が得られる。本発明においては、正極芯材および負極芯材が開口を有するため、集電端子板に貫通孔を形成しなくても、優れた注液性を実現することができる。
The electrode group 4 having the positive current collecting
上記では、有底円筒型のケースを用いた電池について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、円筒型、角型、ラミネート型等の電池にも適用することができる。 In the above, a battery using a bottomed cylindrical case has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a cylindrical battery, a rectangular battery, a laminate battery, and the like.
《実施例１》
（i）正極の作製
正極芯材には、厚さ３０μｍのアルミニウム箔を用いた。スリットの長さ方向と、正極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、２．５％であった。
Example 1
(I) Production of positive electrode An aluminum foil having a thickness of 30 μm was used as the positive electrode core material. Slits having a length of 5 mm and a width of 0.5 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 10 mm so that the slit length direction and the longitudinal direction of the positive electrode core material formed a 30 ° angle. The aperture ratio of the positive electrode core material was 2.5%.
正極活物質であるコバルト酸リチウム８５重量部と、導電剤として炭素粉末を１０重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合して、正極合剤ペーストを調製した。 85 parts by weight of lithium cobaltate as a positive electrode active material, 10 parts by weight of carbon powder as a conductive agent, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone ( NMP) was mixed to prepare a positive electrode mixture paste.
スリット状の開口を有する正極芯材の両面に、正極合剤ペーストを塗布した。このとき、正極芯材の長手方向に沿う端部に、幅６ｍｍの正極芯材の露出端部を残して、正極合剤ペーストを塗布した。塗布したペーストを乾燥させた後に圧延を行い、厚さ１５０μｍの正極を作製し、正極板幅５６ｍｍとなるように極板加工を行った。すなわち、正極合剤層の幅が５０ｍｍとなるようにした。正極合剤層の空隙率は、３５％であった。 The positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the positive electrode core material having slit-shaped openings. At this time, the positive electrode mixture paste was applied to the end portion along the longitudinal direction of the positive electrode core material, leaving the exposed end portion of the positive electrode core material having a width of 6 mm. The applied paste was dried and then rolled to produce a positive electrode having a thickness of 150 μm, and electrode plate processing was performed so that the positive electrode plate had a width of 56 mm. That is, the width of the positive electrode mixture layer was set to 50 mm. The porosity of the positive electrode mixture layer was 35%.
（ii）負極の作製
負極芯材には、厚さ３０μｍの銅箔を用いた。スリットの長さ方向と、負極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、２．５％であった。
(Ii) Production of Negative Electrode A 30 μm thick copper foil was used for the negative electrode core material. Slits having a length of 5 mm and a width of 0.5 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the negative electrode core material formed an angle of 30 °. The aperture ratio of the negative electrode core material was 2.5%.
負極活物質である人造黒鉛粉末９５重量部と、結着剤であるＰＶＤＦ５重量部と、適量のＮＭＰとを混合して、負極合剤ペーストを調製した。 A negative electrode mixture paste was prepared by mixing 95 parts by weight of artificial graphite powder as a negative electrode active material, 5 parts by weight of PVDF as a binder, and an appropriate amount of NMP.
スリット状の開口を有する負極芯材の両面に、負極合剤ペーストを塗布した。このとき、負極芯材の長手方向に沿う端部に、幅５ｍｍの負極芯材の露出端部を残して、負極合剤ペーストを塗布した。塗布したペーストを乾燥させた後に圧延を行い、厚さ１６０μｍの負極を作製し、負極板幅５７ｍｍとなるように極板加工を行った。すなわち、負極合剤層の幅が５２ｍｍとなるようにした。負極合剤層の空隙率は、４０％であった。 A negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a negative electrode core material having slit-shaped openings. At this time, the negative electrode mixture paste was applied to the end portion along the longitudinal direction of the negative electrode core material, leaving the exposed end portion of the negative electrode core material having a width of 5 mm. The applied paste was dried and then rolled to prepare a negative electrode having a thickness of 160 μm, and an electrode plate was processed to have a negative electrode plate width of 57 mm. That is, the width of the negative electrode mixture layer was set to 52 mm. The porosity of the negative electrode mixture layer was 40%.
（iii）電極群の作製
正極と負極との間に、厚さ２５μｍ、幅５３ｍｍ、空隙率４５％のポリプロピレン製微多孔膜を、セパレータとして介在させた。これらを渦巻状に捲回して、内径６ｍｍ、外径２４ｍｍの電極群を作製した。本実施例において、第１電極は正極であり、第２電極は負極である。このとき、正極芯材の露出端部と負極芯材の露出端部とを、互いに反対側に配置し、正極芯材の露出端部を一方の端面から突出させ、負極芯材の露出端部を他方の端面から突出させた。また、正極芯材のスリット状の開口と、負極芯材のスリット状の開口とが交差するようにした。
(Iii) Production of Electrode Group A polypropylene microporous film having a thickness of 25 μm, a width of 53 mm, and a porosity of 45% was interposed as a separator between the positive electrode and the negative electrode. These were wound in a spiral shape to produce an electrode group having an inner diameter of 6 mm and an outer diameter of 24 mm. In this embodiment, the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode. At this time, the exposed end portion of the positive electrode core material and the exposed end portion of the negative electrode core material are arranged on opposite sides, and the exposed end portion of the positive electrode core material protrudes from one end surface, thereby exposing the exposed end portion of the negative electrode core material. Protruded from the other end face. In addition, the slit-shaped opening of the positive electrode core material and the slit-shaped opening of the negative electrode core material intersect each other.
（iv）集電端子板の作製
厚み０．５ｍｍのアルミニウム板から、プレス加工により、直径２５ｍｍの円盤状の正極集電端子板を打ち抜いた。同様に、厚さ０．２ｍｍのニッケル板から、プレス加工により、直径２５ｍｍの円盤状の負極集電端子板を打ち抜いた。正極集電端子板および負極集電端端子板には、いずれも貫通孔を形成しなかった。
(Iv) Production of current collector terminal plate A disc-shaped positive electrode current collector terminal plate having a diameter of 25 mm was punched out from a 0.5 mm thick aluminum plate by pressing. Similarly, a disc-shaped negative electrode current collecting terminal plate having a diameter of 25 mm was punched out from a nickel plate having a thickness of 0.2 mm by pressing. Neither through-holes were formed in the positive electrode current collector terminal plate and the negative electrode current collector end terminal plate.
（v）集電端子板の溶接
正極芯材の露出端部には、正極集電端子板を溶接した。正極集電端子板は、電極群の第１端面の１００％を被覆するようにした。負極芯材の露出端部には、負極集電端子板を溶接した。負極集電端子板は、電極群の第２端面の１００％を被覆するようにした。
(V) Welding current collector terminal plate A positive current collector terminal plate was welded to the exposed end of the positive electrode core material. The positive electrode current collector terminal plate was made to cover 100% of the first end face of the electrode group. A negative electrode current collector terminal plate was welded to the exposed end of the negative electrode core material. The negative electrode current collector terminal plate covered 100% of the second end face of the electrode group.
（vi）電池の作製
集電端子板を溶接した電極群を、上部が開口した有底円筒型の電池ケースに挿入した。その際、負極集電端子板が、電池ケースの底部側になるように電極群を挿入した。負極集電端子板を、電池ケースの底部に溶接した。また、アルミニウム製の正極リードを介して、正極集電端子板を封口板に接続した。正極集電端子板と封口板との間には、短絡防止のための絶縁部材を配置した。
(Vi) Production of Battery The electrode group welded with the current collector terminal plate was inserted into a bottomed cylindrical battery case having an open top. At that time, the electrode group was inserted so that the negative electrode current collecting terminal plate was on the bottom side of the battery case. The negative electrode current collector terminal plate was welded to the bottom of the battery case. Further, the positive electrode current collector terminal plate was connected to the sealing plate through an aluminum positive electrode lead. An insulating member for preventing a short circuit was disposed between the positive electrode current collector terminal plate and the sealing plate.
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比１：３の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。電極群と電池ケースを加熱して乾燥させた後、電池ケースに非水電解質を１０ｇ注入した。電極群の表面に非水電解質の残渣が確認できなくなるまで、電極群を２６０Ｐａの減圧下に放置して、電極群に十分に非水電解質を含浸させた。注液完了には、１５０分を要した。 A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 1: 3. After the electrode group and the battery case were heated and dried, 10 g of a nonaqueous electrolyte was injected into the battery case. The electrode group was left under a reduced pressure of 260 Pa until the nonaqueous electrolyte residue was no longer confirmed on the surface of the electrode group, and the electrode group was sufficiently impregnated with the nonaqueous electrolyte. It took 150 minutes to complete the injection.
その後、ガスケットを介して封口板に電池ケースの開口端をかしめ、電池ケースの開口を封口した。こうして直径２６ｍｍ、高さ６５０ｍｍの円筒型リチウムイオン二次電池を完成させた。電池の容量は２６００ｍＡｈとした。 Thereafter, the opening end of the battery case was caulked to the sealing plate via a gasket to seal the opening of the battery case. Thus, a cylindrical lithium ion secondary battery having a diameter of 26 mm and a height of 650 mm was completed. The battery capacity was 2600 mAh.
《実施例２》
スリットの長さ方向と、正極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、５％であった。この正極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、１３０分であった。
Example 2
Slits having a length of 10 mm and a width of 0.5 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the positive electrode core material formed an angle of 30 °. The aperture ratio of the positive electrode core material was 5%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode core material was used. The time required for completing the injection was 130 minutes.
《実施例３》
スリットの長さ方向と、負極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、５％であった。この負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、１３０分であった。
Example 3
Slits having a length of 10 mm and a width of 0.5 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the negative electrode core material formed an angle of 30 °. The aperture ratio of the negative electrode core material was 5%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode core material was used. The time required for completing the injection was 130 minutes.
《実施例４》
スリットの長さ方向と、正極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、５％であった。
Example 4
Slits having a length of 10 mm and a width of 0.5 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the positive electrode core material formed an angle of 30 °. The aperture ratio of the positive electrode core material was 5%.
スリットの長さ方向と、負極芯材の長手方向とが３０°の角をなすように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、５％であった。上記の正極芯材および負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、１０５分であった。 Slits having a length of 10 mm and a width of 0.5 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the negative electrode core material formed an angle of 30 °. The aperture ratio of the negative electrode core material was 5%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode core material and negative electrode core material were used. The time required for completing the injection was 105 minutes.
《実施例５》
スリットの長さ方向と、正極芯材の長手方向とが平行になるように、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、２．５％であった。
Example 5
Slits having a length of 5 mm and a width of 0.5 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the positive electrode core material were parallel to each other. The aperture ratio of the positive electrode core material was 2.5%.
スリットの長さ方向と、負極芯材の長手方向とが平行になるように、長さ１０ｍｍ、幅０．５ｍｍのスリットを、１０ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、２．５％であった。上記の正極芯材および負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、１６０分であった。 Slits having a length of 10 mm and a width of 0.5 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 10 mm so that the length direction of the slit and the longitudinal direction of the negative electrode core material were parallel. The aperture ratio of the negative electrode core material was 2.5%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode core material and negative electrode core material were used. The time required for completing the injection was 160 minutes.
《実施例６》
貫通口の一辺の長さ方向と、正極芯材の長手方向とが平行になるように、１辺１ｍｍの正方形型の貫通口を、２ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、２５％であった。
Example 6
Square through-holes with a side of 1 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 2 mm so that the length direction of one side of the through-hole was parallel to the longitudinal direction of the positive electrode core material. The aperture ratio of the positive electrode core material was 25%.
貫通口の一辺の長さ方向と、負極芯材の長手方向とが平行になるように、１辺１ｍｍの正方形型の貫通口を、２ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、２５％であった。上記の正極芯材および負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、６０分であった。 Square-shaped through-holes with a side of 1 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 2 mm so that the length direction of one side of the through-hole was parallel to the longitudinal direction of the negative electrode core material. The opening ratio of the negative electrode core material was 25%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode core material and negative electrode core material were used. The time required for completing the injection was 60 minutes.
《実施例７》
貫通口の一辺の長さ方向と、正極芯材の長手方向とが平行になるように、１辺０．７ｍｍの正方形型の貫通口を、１ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、４９％であった。
Example 7
Square through-holes with a side of 0.7 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 1 mm so that the length direction of one side of the through-hole was parallel to the longitudinal direction of the positive electrode core material. The aperture ratio of the positive electrode core material was 49%.
貫通口の一辺の長さ方向と、負極芯材の長手方向とが平行になるように、１辺０．７ｍｍの正方形型の貫通口を、１ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、４９％であった。上記の正極芯材および負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、５０分であった。 Square-shaped through-holes with sides of 0.7 mm were formed in the negative electrode core material at intervals of 1 mm so that the length direction of one side of the through-hole was parallel to the longitudinal direction of the negative electrode core material. The aperture ratio of the negative electrode core material was 49%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode core material and negative electrode core material were used. The time required for completing the injection was 50 minutes.
《実施例８》
直径１ｍｍの円型の貫通口を、１０ｍｍ間隔で正極芯材に形成した。正極芯材の開口率は、３．１％であった。同様に、直径１ｍｍの円型の貫通口を、１ｍｍ間隔で負極芯材に形成した。負極芯材の開口率は、３．１％であった。上記の正極芯材および負極芯材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、１３０分であった。
Example 8
Circular through-holes having a diameter of 1 mm were formed in the positive electrode core material at intervals of 10 mm. The aperture ratio of the positive electrode core material was 3.1%. Similarly, circular through-holes having a diameter of 1 mm were formed in the negative electrode core member at intervals of 1 mm. The aperture ratio of the negative electrode core material was 3.1%. A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode core material and negative electrode core material were used. The time required for completing the injection was 130 minutes.
《比較例１》
正極芯材および負極芯材に、いずれも開口を形成しなかったこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。注液完了に要した時間は、２６０分であった。
<< Comparative Example 1 >>
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that neither of the positive electrode core material and the negative electrode core material had openings. The time required for completing the injection was 260 minutes.
以上より、正極芯材および負極芯材の少なくとも一方に開口を形成することで、中衛生が大幅に向上することがわかった。なお、上記の実施例では、スリット、正方形、円形の開口を形成しているが、開口の形状は、これらに限定されるものではない。 From the above, it has been found that by forming an opening in at least one of the positive electrode core material and the negative electrode core material, the intermediate hygiene is greatly improved. In the above embodiment, slits, squares, and circular openings are formed, but the shape of the openings is not limited to these.
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池に適用できる。本発明は、捲回型だけでなく、積層型等の電極群を有する電池にも好適に用いることができる。本発明の二次電池は、大電流放電を要する用途に特に有用であり、例えば、電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源等に適用できる。 The present invention can be applied to a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary battery. The present invention can be suitably used not only for a wound type but also for a battery having an electrode group such as a laminated type. The secondary battery of the present invention is particularly useful for applications requiring large current discharge, and can be applied to, for example, a driving power source for an electric vehicle, a large capacity backup power source, and the like.
１ 第１電極（正極）
１ａ 第１芯材（正極芯材）
１ｂ 第１電極活物質層（正極活物質層）
２ 第２電極（負極）
２ａ 第２芯材（負極芯材）
２ｂ 第２電極活物質層（負極活物質層）
３ セパレータ
４ 電極群
５ 電池ケース
６ リード
７ 封口板
８ ガスケット
１０ 第１集電端子板（正極集電端子板）
１１ 第１開口
２０ 第２集電端子板（負極集電端子板）
２１ 第２開口
1 First electrode (positive electrode)
1a First core material (positive electrode core material)
1b First electrode active material layer (positive electrode active material layer)
2 Second electrode (negative electrode)
2a Second core material (negative electrode core material)
2b Second electrode active material layer (negative electrode active material layer)
3 Separator 4
11 1st opening 20 2nd current collection terminal board (negative current collection terminal board)
21 Second opening
Claims (8)
前記第１端面に配置され、第１電極と電気的に接続された第１集電端子板と、
前記第２端面に配置され、第２電極と電気的に接続された第２集電端子板と、
前記電極群に含浸された電解質と、を具備し、
第１電極は、第１芯材と、第１芯材に付着した第１活物質層とを含み、かつ、前記第１端面に配置されて第１集電端子板と溶接された第１芯材の露出端部を有し、
第２電極は、第２芯材と、第２芯材に付着した第２活物質層とを含み、かつ、前記第２端面に配置されて第２集電端子板と溶接された第２芯材の露出端部を有し、
第１芯材が、複数の貫通した第１開口を有し、
第２芯材が、複数の貫通した第２開口を有する、二次電池。 A group of electrodes having a first end face and a second end face facing each other, wherein the first electrode and the second electrode are wound or laminated via a separator;
A first current collector terminal plate disposed on the first end face and electrically connected to the first electrode;
A second current collector terminal plate disposed on the second end face and electrically connected to the second electrode;
An electrolyte impregnated in the electrode group,
The first electrode includes a first core material and a first active material layer attached to the first core material, and is disposed on the first end face and welded to the first current collector terminal plate. Having an exposed end of the material,
The second electrode includes a second core material and a second active material layer attached to the second core material, and is disposed on the second end face and welded to the second current collector terminal plate. Having an exposed end of the material,
The first core member has a plurality of first openings that pass therethrough,
A secondary battery in which the second core member has a plurality of penetrating second openings.
第１開口が、第１芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状であり、
第２開口が、第２芯材の長尺方向に対して傾斜したスリット状である、請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。 Each of the first core material and the second core material has a band shape,
The first opening has a slit shape inclined with respect to the longitudinal direction of the first core material,
The secondary battery in any one of Claims 1-5 whose 2nd opening is the slit shape inclined with respect to the elongate direction of the 2nd core material.
第１開口が、第１芯材の長尺方向に対して平行なスリット状であり、
第２開口が、第２芯材の長尺方向に対して平行なスリット状である、請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。 Each of the first core material and the second core material has a band shape,
The first opening is a slit shape parallel to the longitudinal direction of the first core material,
The secondary battery in any one of Claims 1-5 whose 2nd opening is a slit shape parallel to the elongate direction of a 2nd core material.
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