JP5629789B2 - 電池および電池の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
正極4を構成する正極芯材(正極集電体)及び正極合剤層のそれぞれについて順に説明する。
正極活物質としてはリチウム含有複合酸化物が好ましく、例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiCoxNi1−xO2、LiCoxM1−xO2、LiNixM1−xO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiMnMO4、LiMePO4、Li2MePO4F(但し、M=Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb及びBのうちの少なくとも1つ、xは0<x<1であり、Me=Fe、Mn、Co、Niから選択される少なくとも1種を含む金属元素)が挙げられる、又はこれら含リチウム化合物の一部元素が異種元素で置換されたものが挙げられる。また、正極活物質として、金属酸化物、リチウム酸化物又は導電剤等で表面処理された正極活物質を用いても良く、表面処理としては例えば疎水化処理が挙げられる。
結着剤としては、例えば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、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、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又はカルボキシメチルセルロース等が挙げられる。または、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、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、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸及びヘキサジエンから選択された2種以上の材料を共重合させた共重合体、又は選択された2種以上の材料を混合した混合物が挙げられる。
導電剤としては、例えば天然黒鉛若しくは人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック(AB:acetylene black)、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、ランプブラック若しくはサーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維若しくは金属繊維等の導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛若しくはチタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、又はフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられる。
負極2を構成する負極芯材(負極集電体)及び負極合剤層のそれぞれについて順に説明する。
負極活物質としてはリチウムイオンを吸蔵及び放出可能な物質が用いられ、例えば金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、珪素化合物、錫化合物又は各種合金材料等が挙げられる。これらのうち炭素材料の具体例としては、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、各種人造黒鉛又は非晶質炭素等が挙げられる。
正極4と負極2との間に介在されるセパレータ6としては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度と絶縁性とを兼ね備えた微多孔薄膜、織布又は不織布等が挙げられる。特に、セパレータ6として、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンを用いることが好ましい。ポリオレフィンは耐久性に優れ且つシャットダウン機能を有するため、リチウムイオン二次電池の安全性を向上させることができる。
非水電解質としては、液状、ゲル状又は固体状の非水電解質を使用できる。
正極4の作製方法は次に示す通りである。まず正極活物質、結着剤(結着剤としては、前述の通り、例えばPVDF、PVDFの誘導体、又はゴム系結着剤が好適に用いられる)及び導電剤を液状成分に混合させて正極合剤スラリーを調製する。次に、得られた正極合剤スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の表面に塗布して乾燥させる。次に、表面に正極合剤スラリーが塗布乾燥された正極集電体を圧延(圧縮)し、所定の厚さを有する正極(正極板)を作製する。
負極2の作製方法は次に示す通りである。まず負極活物質、及び結着剤を液状成分に混合させて負極合剤スラリーを調製する。次に、得られた負極合剤スラリーを、負極集電体の表面に塗布して乾燥させる。次に、表面に負極合剤スラリーが塗布乾燥された負極集電体を圧延し、所定の厚さを有する負極を作製する。
電池の製造方法は次に示す通りである。まず、正極集電体にアルミニウム製の正極集電リード24を取り付け、負極集電体にニッケル製の負極集電リード22を取り付ける。その後、正極4と負極2とを、それらの間にセパレータ6を介して巻芯50を中心として捲回し、捲回電極群を構成する。次に、巻芯50を抜き取った捲回電極群を金属ケース8に収納する。この時、負極集電リード22および正極集電リード24が金属ケース8の開口部側に来るように収納する。その後、負極集電リード22を金属ケース8に溶接し、中間部材28を捲回電極群の上に配置する。そして、正極集電リード24を封口部材12に溶接する。その後、減圧方式により、金属ケース8内に非水電解液を注液する。最後に、金属ケース8の開口端部を絶縁部材16を介して封口部材12にかしめ、有孔円板30を封口部材12に嵌め込むことにより、電池を製造する。
図4に変形例1に係る負極集電リード22aを示す。本変形例では負極集電リード22aのみが上記の実施形態と異なっていて、その他の部材、構成、製造方法は上記と同じである。
図5に変形例2に係る負極集電リード22bを示す。本変形例では負極集電リード22bのみが上記の実施形態と異なっていて、その他の部材、構成、製造方法は上記と同じである。
図6に変形例3に係る負極集電リード22cを示す。本変形例では負極集電リード22cのみが上記の実施形態と異なっていて、その他の部材、構成、製造方法は上記と同じである。
上述の実施形態は、本発明の例示であって、本発明はこれらの例に限定されない。電池の種類はリチウムイオン電池に限られない。また、電池の大きさもどのようなもので構わないが、電池の外径が10mm以下であると効果が大きく、6mm以下であるとより効果が大きい。また、巻芯は抜き取らずに電池内に残しておいてもよい。封口部材や絶縁部材等を2つ以上の部材を組み合わせて形成してもよい。
4 正極
6 セパレータ
8 金属ケース
10 負極端子
12 封口部材
14 正極端子
16 絶縁部材
18 捲回電極群の中心軸部分
20 負極芯材
22 負極集電リード
22a 負極集電リード
22b 負極集電リード
22c 負極集電リード
24 正極集電リード
26 溶接点
50 巻芯
Claims (12)
- 第1の極板と、該第1の極板とは極性が反対である第2の極板と、前記第1及び第2の極板の間に存するセパレータと、前記第1の極板と前記第2の極板と前記セパレータとを収納している有底円筒形の金属ケースと、前記金属ケースの開口部を、絶縁部材を介して密閉している封口部材とを備え、
前記第1及び第2の極板は、前記セパレータを介在させて捲回されて捲回電極群を形成しており、
前記捲回電極群の中心軸部分は前記金属ケースの円筒の中心軸を内包しているとともに発電要素を備えておらず、
前記金属ケースは第1の極端子であり、前記封口部材は第2の極端子であって、
前記第1の極板に電気的に接続された第1の集電リードが前記金属ケースの前記開口部の方へ延びているとともに前記金属ケースの側壁内面に接合されており、
前記第2の極板に電気的に接続された第2の集電リードが前記金属ケースの前記開口部の方へ延びているとともに前記封口部材に接合されており、
前記第1の集電リードは、厚みが20μm以上80μm以下の金属箔からなっている、電池。 - 前記捲回電極群の周方向における前記第1の集電リードの長さは、前記捲回電極群の外周長の10%以上30%以下である、請求項1に記載されている電池。
- 前記第1の集電リードは、厚みが50μm以下の金属箔からなっている、請求項1または2に記載されている電池。
- 前記捲回電極群の前記中心軸部分において、発電要素を備えていない部分の径は3.0mm以下である、請求項1から3のいずれか一つに記載されている電池。
- 前記発電要素を備えていない部分の径は、1.5mm未満である、請求項4に記載されている電池。
- 前記捲回電極群の中心軸部分は空洞である、請求項4又は5に記載されている電池。
- 前記第1の集電リードは、前記金属ケース側壁内面と同じ向きに湾曲しており、
前記第1の集電リードの曲率半径の中心が前記金属ケースの内部側に存するように前記第1の集電リードが前記金属ケース側壁内面に接合されている、請求項1から6のいずれか一つに記載されている電池。 - 前記第1の集電リードには、前記捲回電極群の周方向に対して直交する向きに延びる溝が形成されている、請求項3に記載されている電池。
- 前記第1の集電リードを構成する前記金属箔には複数の孔が開けられている、請求項3に記載されている電池。
- 前記孔は、ハニカム状に配置されている、請求項9に記載されている電池。
- 第1の極板に第1の集電リードを取り付ける工程と、
前記第1の極板とは極性が反対である第2の極板に第2の集電リードを取り付ける工程と、
前記第1の極板と前記第2の極板とをセパレータを介在させて、巻芯部材を中心として捲回して捲回電極群を作製する工程と、
前記捲回電極群を、第1の極端子である有底円筒形の金属ケースに収納する工程と、
前記第1の集電リードを前記金属ケースの側壁内面に接合する工程Xと、
前記第2の集電リードを第2の極端子である封口部材に接合する工程と
前記金属ケースの開口部の内面側に絶縁部材を配置して、前記開口部の前記絶縁部材が配置された位置に前記封口部材を挿入し、前記金属ケースを前記封口部材にかしめ付けて密封する工程と
を含み、
前記第1の集電リードは、厚みが20μm以上80μm以下の金属箔からなっており、
前記工程Xの前に前記第1の集電リードの前記金属ケース側壁内面と接合する部分を、前記金属ケース側壁内面の湾曲と同じ向きに湾曲させておく、電池の製造方法。 - 第1の極板に第1の集電リードを取り付ける工程と、
前記第1の極板とは極性が反対である第2の極板に第2の集電リードを取り付ける工程と、
前記第1の極板と前記第2の極板とをセパレータを介在させて、巻芯部材を中心として捲回して捲回電極群を作製する工程と、
前記捲回電極群を、第1の極端子である有底円筒形の金属ケースに収納する工程と、
前記第1の集電リードを前記金属ケースの側壁内面に接合する工程Xと、
前記第2の集電リードを第2の極端子である封口部材に接合する工程と
前記金属ケースの開口部の内面側に絶縁部材を配置して、前記開口部の前記絶縁部材が配置された位置に前記封口部材を挿入し、前記金属ケースを前記封口部材にかしめ付けて密封する工程と
を含み、
前記工程Xでは接合するときに、前記第1の集電リードの前記金属ケース側壁内面と接合する部分を、前記金属ケース側壁内面の湾曲と同じ向きに湾曲させる、電池の製造方法。
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