JP6861368B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Description
正極は、正極集電体と、正極集電体に担持された正極活物質層と、を有する。ただし、正極集電体には、正極活物質層を有さない露出部が設けられる。露出部は、正極集電体の両面に正極活物質層を有さない両面露出部でもよく、正極集電体の片面に正極活物質層を有さない(すなわち他方の面には正極活物質層を有する)片面露出部でもよい。露出部の形状は、特に限定されないが、帯状電極の場合、正極集電体の長さ方向に対して80〜100度の角度で交わる幅の狭いスリット状であることが望ましい。スリット状の露出部の幅は、エネルギー密度の減少を抑制する観点から、3mm〜20mmであることが望ましい。
負極は、負極集電体と、負極集電体に担持された負極活物質層と、を有する。通常、負極集電体にも、負極活物質層を有さない露出部が設けられる。露出部には、例えばストリップ状の負極リードを接続してもよい。
非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトンなどのラクトン;ギ酸メチル、酢酸メチルなどの鎖状カルボン酸エステル;1,2−ジクロロエタンなどのハロゲン化アルカン;1,2−ジメトキシエタンなどのアルコキシアルカン;4−メチル−2−ペンタノンなどのケトン;ペンタフルオロプロピルメチルエーテルなどの鎖状エーテル;1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリルなどのニトリル;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート;スルホキシド(スルホラン、ジメチルスルホキシドなど)、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;もしくはこれらの溶媒の水素原子をフッ素原子などのハロゲン原子で置換したハロゲン置換体などが例示できる。非水溶媒は、単独または二種以上を組み合わせて使用できる。
セパレータとしては、樹脂製の微多孔フィルム、不織布などが使用できる。セパレータを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン;ポリアミド;ポリアミドイミド;ポリイミドなどが例示できる。セパレータの厚さは、例えば5〜50μmである。
以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。
(1)正極の作製
正極活物質である100質量部のLiNi0.82Co0.15Al0.03O2と、1.0質量部のアセチレンブラックと、0.9質量部のポリフッ化ビニリデン(結着剤)と、適量のNMPを混合して、正極ペーストを調製した。得られた正極ペーストを、正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、圧延して、幅58mmの帯状の正極を作製した。ただし、正極の長手方向における中央付近の両面に、正極集電体の幅方向の一端部から他端部までが露出するスリット状の露出部を設けた。このとき、露出部の幅Wは、6.5mmとした。
負極活物質である平均粒子径が約20μmの鱗片状の人造黒鉛100質量部と、1質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR)(結着剤)と、1質量部のカルボキシメチルセルロース(増粘剤)と、水とを混合して、負極ペーストを調製した。得られた負極ペーストを、負極集電体となる厚さ8μmの銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥後、圧延して、幅59mmの帯状の負極を作製した。ただし、負極の巻き終わり側の端部の両面に、負極集電体の幅方向の一端部から他端部までが露出する露出部を設けた。
正極と負極とを、セパレータを介して積層し、捲回して電極群を形成した。このとき、図4に示すように、電極群の一方の端面から正極リードの引き出し部を、他方の端面から負極リードの引き出し部を突出させた。
エチレンカーボネートと、エチルメチルカーボネートと、ジメチルカーボネートとの混合溶媒(体積比1:1:8)に、LiPF6を1.4mol/Lの濃度となるように溶解させて非水電解質を調製した。
内面にニッケルメッキを施した鉄製の電池ケース(直径18mm、高さ65mm)に、下部絶縁リングと上部絶縁リングで挟まれた電極群を収納した。このとき、負極リードを下部絶縁リングと電池ケースの底部との間に介在させた。また、正極リードに、上部絶縁リングの中心の貫通孔を通過させた。次に、電極群の中心の中空部と下部絶縁リングの中心の貫通孔に電極棒を通して、負極リードの一端部を電池ケースの内底面に溶接した。また、上部絶縁リングの貫通孔から引き出された正極リードの一端部を、周縁部にガスケットを具備する封口板の内面に溶接した。その後、電池ケースの開口付近に溝入れを行い、電池ケースに非水電解質を注液し、電極群に含浸させた。次に、封口板で電池ケースの開口を塞ぎ、電池ケースの開口端部を、ガスケットを介して封口板の周縁部に加締め、円筒型の非水電解質二次電池(エネルギー密度700Wh/L)を完成させた。
絶縁テープの粘着層を、アクリル系粘着剤50質量部とアルミナ粒子50質量部との混合物で形成したこと以外、実施例1と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの粘着層を、アクリル系粘着剤30質量部とアルミナ粒子70質量部との混合物で形成したこと以外、実施例1と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの粘着剤を、アクリル系粘着剤から、ブチルゴムを主成分とするゴム系粘着剤に変更したこと以外、実施例1と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの粘着層を、ゴム系粘着剤50質量部とアルミナ粒子50質量部との混合物で形成したこと以外、実施例4と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの粘着層を、ゴム系粘着剤30質量部とアルミナ粒子70質量部との混合物で形成したこと以外、実施例4と同様に、電池を作製した。
アルミナ粒子を用いずに、絶縁テープの粘着層を、アクリル系粘着剤だけで形成したこと以外、実施例1と同様に、電池を作製した。
粘着層の厚さを、15μmに変更したこと以外、比較例1と同様に、電池を作製した。
アルミナ粒子を用いずに、絶縁テープの粘着層を、ゴム系粘着剤だけで形成したこと以外、実施例4と同様に、電池を作製した。
粘着層の厚さを、15μmに変更したこと以外、比較例3と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの基材層を、厚さ30μmのポリプロピレン100%の基材層に変更したこと以外、比較例1と同様に、電池を作製した。
絶縁テープの粘着層を、厚さ30μmのポリプロピレン100%の基材層に変更したこと以外、比較例3と同様に、電池を作製した。
JIS C 8714に準拠して、電池の強制内部短絡試験を行なった。ただし、ここでは、標準サイズのニッケル小片を用いた標準試験と、より大きなサイズのニッケル小片を用いた過酷試験の2通りを行なった。ニッケル小片は、小片が絶縁テープを貫通するように、絶縁テープとセパレータとの間に配置した。このとき、電池側面の上昇温度を熱電対で測定した。試験結果を表2に示す。
高さ0.2mm、幅0.1mm、一辺1mmのL字形(角度 90°)
(過酷試験の小片)
高さ0.5mm、幅0.2mm、一辺3mmのL字形(角度 90°)
11 正極集電体
11a 正極集電体の露出部
12 正極活物質層
13 正極リード
13a 重複部
13b 引き出し部
14 絶縁テープ
14a 基材層
14b 粘着層
15 正極端子
20 負極
23 負極リード
30 セパレータ
60 下部絶縁板
70 電池ケース
80 上部絶縁板
90 封口板
100 リチウムイオン二次電池
Claims (20)
- 正極集電体と、前記正極集電体に担持された正極活物質層と、を有する正極と、
負極集電体と、前記負極集電体に担持された負極活物質層と、を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、
非水電解質と、
前記正極に電気的に接続されている正極リードと、
前記正極の一部を覆う絶縁テープと、を具備する非水電解質二次電池であって、
前記正極集電体は、前記正極活物質層を担持しない露出部を有し、
前記露出部の少なくとも一部が、前記絶縁テープで覆われており、
前記絶縁テープは、基材層と、粘着層と、を有し、
前記粘着層は、粘着剤と、絶縁性無機材料と、を含み、
前記粘着層に含まれる前記絶縁性無機材料の含有量が、25質量%以上である、非水電解質二次電池。 - 前記粘着層に含まれる前記絶縁性無機材料の含有量が、80質量%以下である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁性無機材料が、粒子状の金属化合物および/または繊維状の金属化合物を含む、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記基材層は、ポリイミド、ポリアミドおよびポリアミドイミドよりなる群から選択される少なくとも1種を含み、
前記ポリイミドは、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、ポリピロメリットイミド、ポリエーテルイミドおよびビズマレイミドと芳香族ジアミンとを反応させた熱硬化性ポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記絶縁テープの厚さが、45μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記粘着層は、500℃で、1kΩ/mm2以上の電気抵抗を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記粘着層の厚さTadが、5μm〜25μmである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記基材層の厚さTsbが、10μm〜30μmである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記粘着層の厚さTadと前記基材層の厚さTsbとの比:Tad/Tsbが、0.2〜1である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁テープは、前記基材層と前記粘着層との間に、絶縁フィラーを含む層を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記粒子状の金属化合物の粒子形状は、球状、鱗片状またはウィスカー状である、請求項3に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁性無機材料は、前記絶縁性無機材料の90質量%以上を占める金属化合物と、前記金属化合物以外の材料とで構成される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁性無機材料は、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁性無機材料は、金属化合物を含み、
前記金属化合物の平均粒子径は、50nm以上2μm以下である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記基材層は、ポリイミドと前記ポリイミド以外の樹脂とのポリマーアロイで形成される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記基材層は、ポリイミド層と、前記ポリイミド以外の樹脂を含む第2樹脂層とを含む複層構造である、請求項1〜15のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記基材層は、ポリイミドを含み、
前記基材層に含まれるポリイミドの含有量は、80質量%以上である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。 - 前記粘着剤は、アクリル樹脂、天然ゴム、合成ゴム、シリコーン、エポキシ樹脂、メラミン樹脂およびフェノール樹脂よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜17のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記粘着剤は、粘着付与剤、架橋剤、老化防止剤、着色剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、可塑剤、軟化剤、界面活性剤および帯電防止剤よりなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜18のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記露出部に、前記正極リードが接続されており、
前記正極リードは、前記露出部から突出する引き出し部と、前記露出部と重なる重複部と、を有し、
前記絶縁テープは、前記重複部の少なくとも一部を覆う、請求項1〜19のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
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