JP6020929B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、扁平形状の捲回電極体を備える非水電解液二次電池であって、セパレータシートの破断が生じ難く、過充電耐性に優れた非水電解液二次電池を提供することである。
図1には、捲回電極体の捲回数(ターン)に対するπR/(2L+πR)の関係を示している。なお、図1の「R」および「L」は図2中の符号と対応しており、「R」は捲回電極体の平坦部の平均厚み(mm)を、「L」は捲回軸に直交する方向における平坦部の長さ(mm)を、それぞれ示している。すなわち、「πR/(2L+πR)」は、捲回電極体全体に対する未拘束部分の割合を示している。図1に示すように、未拘束部分の割合は捲回電極体の外周に向かうにつれて増加するため、外周方向に向かって熱収縮する部分が多くなる傾向にある。
そこで、本発明者らは、かかる耐電圧性の低下を改善することによってセパレータシートの破断を防止し、電池の過充電耐性を向上させることを考えた。そして、鋭意検討を重ねた結果、上記課題を解決し得る手段を見出し、本発明を完成させた。
(1)上記捲回電極体の捲回軸方向の長さは、110〜200mmである。
(2)上記捲回電極体は、上記捲回軸に直交する方向における上記平坦部の長さをL(mm)とし、上記セパレータシートの積層数をmとしたときに、0.1≦(L/m)≦1を満たしている。
(3)上記正極シートの平均厚みは、40〜100μmである。
(4)上記負極シートの平均厚みは、50〜150μmである。
(5)上記セパレータシートの平均厚みは、15〜30μmである。
(6)上記セパレータシートは、150℃で加熱したときの上記捲回軸に直交する方向(MD方向)の熱収縮率a(%)と上記捲回軸方向(TD方向)の熱収縮率をb(%)とが、1≦a≦30および0.5≦b≦10ならびに1≦ab≦150を満たしている。
また、セパレータシートの熱収縮率の積abが1より小さい場合はセパレータシートの熱収縮が小さいため、充電による電極の膨張を抑えられずに局所的に反応を生じ、耐電圧性が低下する虞がある。一方、abが150より大きい場合は、セパレータシートの熱収縮が大きすぎるため、セパレータシートの一部に収縮応力が偏り、そこからセパレータシートの破断が発生し、短絡する虞がある。セパレータシートの性状が1≦ab≦150を満たす場合、優れた耐電圧性を実現することができる。
したがって、ここに開示される構成によれば、捲回電極体の放熱性を高め、且つセパレータシートに適度な熱収縮性を付与することによって、電極体の形状保持や内部短絡の抑制を行うことができ、過充電時に高い耐電圧性を実現できる。
また、セパレータシートの捲回軸方向(TD方向)の熱収縮率bは、例えば以下のようにして測定することができる。即ち、先ず試験片として、長辺がMD方向、短辺がTD方向と一致するようセパレータシートを長方形状に切り出す。その後、上記MD方向の熱収縮率aと同様に、加熱前後のTD方向の長さから熱収縮率bを算出することができる。
耐熱層に含まれる無機フィラーとしてはアルミナ(酸化アルミニウム:Al2O3)、アルミナ水和物(例えばベーマイト(Al2O3・H2O))、マグネシア(酸化マグネシウム:MgO)、シリカ(酸化ケイ素:SiO2)、チタニア(二酸化チタン:TiO2)、ジルコニア(二酸化ジルコニウム:ZrO2)等を好適に用いることができ、なかでもアルミナやベーマイトを好ましく採用し得る。バインダとしては、例えば、アクリル系バインダ、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリオレフィン系バインダ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のポリマー材料や、ポリ−N−ビニルアセトアミド(PNVA)等のアミドポリマー材料を好ましく採用し得る。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等を好ましく採用し得る。
非水溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を好適に用いることができる。なかでも、カーボネート類、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等を好ましく採用し得る。支持塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩等を好適に用いることができ、なかでもLiPF6を好ましく採用し得る。非水電解液中の支持塩の濃度は、0.7mol/L〜1.3mol/Lの範囲内となるよう調製することが好ましい。
まず、耐熱層を形成するための耐熱層形成用の組成物を調製した。具体的には、無機フィラーとアクリル系バインダとを、質量比率が95:5となるように秤量し、超音波分散機(Mテクニック株式会社製のクレアミックス)を用いてイオン交換水と混合し、固形分率が45%のスラリー状の組成物を調製した。なお、混練時間は、予備分散(15000rpm)が5分、本分散(20000rpm)が15分とした。次に、上記組成物を基材(ここでは、表1に示す種類、厚みおよび熱収縮率の多孔質樹脂シート)の片面にグラビアコート法で塗布して、60℃で乾燥することにより、5μmの耐熱層を形成した。塗布には、線数:♯100本/inch、インキ保有量:19.5ml/cm2のグラビアロールを用い、条件は、塗布速度を3m/分、グラビアロール速度を3.8m/分、速比(グラビア速度/塗布速度比)を1.27とした。これにより、基材の片面に耐熱層を備えたセパレータシート(実施例1〜3および比較例1,2)を作製した。
上記I.と同様に、表2に示す構成の非水電解液二次電池(実施例4〜10および比較例5〜8)を構築し、過充電時の温度上昇率を測定した。結果を表2の「温度上昇率」の欄に示す。
上記I.と同様に、表3に示す構成の非水電解液二次電池(実施例11〜21および比較例9〜15)を構築し、過充電時の温度上昇率を測定した。結果を表3の「温度上昇率」の欄に示す。
2 正極シート
4 負極シート
6 セパレータシート
Claims (1)
- 長尺状の正極シートと長尺状の負極シートとが長尺状のセパレータシートを介して長手方向に重ね合わされ形成された扁平形状の捲回電極体と、非水電解液と、を備える非水電解液二次電池であって、
前記捲回電極体は、捲回軸に直交する方向において、両端のR部と、該2つのR部に挟まれた平坦部と、から構成されており、
ここで、前記捲回電極体の捲回軸方向の長さは110〜200mmであり、且つ、前記捲回軸に直交する方向における前記平坦部の長さをL(mm)とし、前記セパレータシートの積層数をmとしたときに、0.1≦(L/m)≦1を満たし、
前記正極シートの平均厚みは40〜100μmであり、
前記負極シートの平均厚みは50〜150μmであり、
前記セパレータシートは、平均厚みが15〜30μmであり、且つ、150℃で加熱したときの前記捲回軸に直交する方向(MD方向)の熱収縮率a(%)と前記捲回軸方向(TD方向)の熱収縮率をb(%)とが、以下:
1≦a≦30、
0.5≦b≦10、
1≦ab≦150、を満たす、非水電解液二次電池。
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