JP4990714B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池20は、正極板および負極板がセパレータを介して対向するように断面渦巻状に捲回された電極群としての捲回群6を備えている。捲回群6は、上部に開口部が形成された電池容器10に収容されている。
リチウムイオン二次電池20は、次のようにして組み立てられる。まず、捲回群6の上側に集電円盤7を載置し、捲回群6の上部に形成されたアルミニウム箔露出部15の上端面(正極未塗着部1の端部)に集電円盤7の平面部を当接させる。突状部8の上方(集電円盤7の上方)から、突状部8の上面に、長手方向(集電円盤7の半径方向)に沿ってレーザ光を照射する。レーザ光の照射により突状部8および集電円盤7の一部を溶融させることで、レーザ光照射面の背面(集電円盤7の平面部)と、該背面に当接した各周(50層)の正極未塗着部1の端部とを接合する。すなわち、レーザ光照射により突状部8および集電円盤7の一部が溶融すると、重力で溶融部分が集電円盤7の平面部から垂下(突出)する。溶融部分は、レーザ光の照射による溶接軌跡を形成する。レーザ光照射後は、この垂下した部分が溶融痕跡として残り、集電円盤7と正極未塗着部1の端部とが複数箇所で接合される。接合後は、突状部8が形成されていた部分が略平坦となる。4つの突状部8について、順次突状部8の上方からレーザ光を照射することで、正極未塗着部1の端部と集電円盤7の平面部とを溶接する。次に、負極未塗着部3の端部(50層)と集電円盤7とについても、正極未塗着部1の端部と集電円盤7との溶接と同様にして溶接する。このとき、正極側の集電円盤7を溶接した捲回群6の上下を反対にして銅箔露出部14を上側にして行う。
次に、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池20の作用等について説明する。
実施例1では、正極板2の耐熱絶縁層18を構成する耐熱絶縁材にアルミナ粉末を用い、耐熱絶縁層18の幅を2mmに設定した。この耐熱絶縁層18の空隙率は、正極合剤層の空隙率(30%)より小さい26%であった。負極側の集電円盤7近傍における、正極板2、負極板4、セパレータ5の位置関係は、図9に示すように、負極板4の負極合剤の塗着端が対向する正極板2の正極合剤の塗着端および耐熱絶縁層18の塗着端からはみ出して位置するように配置されている。すなわち、耐熱絶縁層18の塗着端は、負極合剤の塗着端からはみ出さず、捲回群6の内側になる位置に配置されている。なお、正極未塗着部1の端部、負極未塗着部3の端部をそれぞれ集電円盤7にレーザ溶接するときのレーザ光の出力条件は、アルミニウム箔、圧延銅箔の溶断の起こらない範囲で意図的に出力を強め、差が顕在化しやすいように、スパッタの発生しやすい条件で実施した(実際の工業的生産においては、レーザ条件でスパッタ発生を抑制することが望ましい。)。
実施例2では、耐熱絶縁層18を構成する耐熱絶縁材にジルコニア粉末を用いる以外は実施例1と同様にした。この耐熱絶縁層18の空隙率は、正極合剤層の空隙率より小さい28%であった。また、耐熱絶縁層18の塗着端は、負極合剤の塗着端からはみ出さず、捲回群6の内側になる位置に配置されている。
実施例3では、耐熱絶縁層18を構成する耐熱絶縁材にジルコニア粉末を用いる以外は実施例1と同様にした。この耐熱絶縁層18の空隙率は、正極合剤層の空隙率と同じ30%であった。また、耐熱絶縁層18の塗着端は、負極合剤の塗着端からはみ出さず、捲回群6の内側になる位置に配置されている。
実施例4では、耐熱絶縁層18を構成する耐熱絶縁材にジルコニア粉末を用いる以外は実施例1と同様にした。この耐熱絶縁層18の空隙率は、正極合剤層の空隙率以上の34%であった。また、耐熱絶縁層18の塗着端は、負極合剤の塗着端からはみ出さず、捲回群6の内側になる位置に配置されている。
実施例5では、耐熱絶縁層18を構成する耐熱絶縁材にアルミナ粉末を用い、耐熱絶縁層18の幅を5mmに設定する以外は実施例1と同様にした。この耐熱絶縁層18の空隙率は、正極合剤層の空隙率以上の34%であった。また、耐熱絶縁層18の塗着端は、負極合剤の塗着端からはみ出して位置するように配置されている(図8参照)。
比較例1では、正極板2に耐熱絶縁層18を形成しない以外は実施例1と同様にした。また、負極板4の負極合剤の塗着端は、対向する正極板2の正極合剤の塗着端からはみ出して位置するように配置されている。
実施例1〜実施例4および比較例1について、電池組立時の非水電解液注液後における正極板2に対する非水電解液の含浸状況を調査、比較した。すなわち、非水電解液注液後、一定時間毎に捲回群6を分解し、正極板2を外観目視にて観察することで、正極板2の全体に対する非水電解液の含浸に所要する時間を調べた。この結果、実施例3、実施例4のリチウムイオン二次電池では、比較例1のリチウムイオン二次電池とほぼ同じ含浸所要時間であった。これに対し、実施例2のリチウムイオン二次電池では約1.2倍、実施例1のリチウムイオン二次電池では約1.44倍の時間を所要することが判った。この観察結果から、耐熱絶縁層18の空隙率が正極合剤層の空隙率より小さいほど、含浸に所要する時間が長くなることが明らかとなった。従って、非水電解液の含浸時間を考慮すれば、耐熱絶縁層18の空隙率を正極合剤層の空隙率以上とすることが好ましい。
2 正極板
3 負極未塗着部
4 負極板
5 セパレータ
6 捲回群(電極群)
7 集電円盤(集電部材)
18 耐熱絶縁層(耐熱性絶縁層)
20 円筒型リチウムイオン二次電池(リチウムイオン二次電池)
Claims (4)
- 正極活物質を主体とする正極合剤が集電体に略均等に塗着された正極板と、負極活物質を主体とする負極合剤が集電体に略均等に塗着された負極板とがセパレータを介して配置された電極群を備え、前記正極板および負極板がそれぞれ前記集電体の一側の端部に前記正極合剤および負極合剤の未塗着部を有しており、前記正極板および負極板の未塗着部の一部または全部が前記セパレータの端縁から互いに反対方向に突出し該未塗着部の端部がそれぞれ集電部材に溶接により接合されたリチウムイオン二次電池において、前記正極板および負極板のうち少なくとも正極板は、前記集電体の前記未塗着部と対向する他側の端部に、前記正極合剤ないし負極合剤の塗着厚さとほぼ同じ厚さの耐熱性絶縁層を有していることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
- 前記耐熱性絶縁層はセラミクス粉末を主体とすることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記耐熱性絶縁層は、空隙率が前記集電体に塗着された前記正極合剤ないし負極合剤の空隙率以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記正極板および負極板は、前記耐熱性絶縁層の塗着端が前記セパレータを介して対向する負極合剤ないし正極合剤の塗着端からはみ出して位置するように配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
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