JP6958004B2 - 二次電池 - Google Patents
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Description
正極活物質としてのLiNi0.35Co0.35Mn0.30O2で表されるリチウム遷移金属極複合酸化物、導電剤としてのカーボンブラック、及び結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンと混合して正極合剤スラリーを作製する。ここで、正極合剤スラリーに含まれる正極活物質、導電剤、結着剤の質量比は、例えば91:7:2とする。次に、正極合剤スラリーを、正極芯体20aとしての長尺状のアルミニウム箔の両面にダイコーターにより塗布する。その後、正極合剤スラリーを乾燥させて分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンを除去する。これにより、長尺状の正極芯体20aの両面に正極活物質合剤層20bが形成された正極板原板200となる。
断する。なお、図3(b)に示すように、正極板原板200の幅方向における一方の端部には、正極板原板200の長手方向に沿って所定間隔をおいて複数の正極タブ部20dが形成される。なお、正極板原板200は、正極タブ部20dが形成されない側の正極芯体露出部20cが残らないように切断される。
負極活物質としての黒鉛と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースと、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴムを、分散媒としての水と混合して負極合剤スラリーを作製する。ここで、負極合剤スラリーに含まれる負極活物質、増粘剤、結着剤の質量比は、例えば98:1:1とする。この負極合剤スラリーを、負極芯体30aとしての長尺状の銅箔の両面にダイコーターにより塗布する。その後、負極合剤スラリーを乾燥させて分散媒としての水を除去する。これにより、長尺状の負極芯体30aの両面に負極活物質合剤層30bが形成された負極板原板300となる。
ことができる。
負極板30において、負極芯体30aの一方の面には、第1負極活物質合剤層30b1が形成されている。第1負極活物質合剤層30b1には第1セパレータ40aが接着されている。負極板30において、負極芯体30aの他方の面には、第2負極活物質合剤層30b2が形成されている。第2負極活物質合剤層30b2には第2セパレータ40bが接着されている。
上述の方法で作製した正極板20と、セパレータ40と負極板30からなる積層体50を交互に積層し、積層型の電極体3を作製する。積層型の電極体3において、積層方向における両外面側には、積層体50が配置されるようにすることが好ましい。図2に示すように、電極体3の端部には、積層された正極タブ部20dと、積層された負極タブ部30dが配置される。なお、正極タブ部20d及び負極タブ部30dは、それぞれ封口板2側に配置されることが好ましい。このような構成であると、より体積エネルギー密度の高い角形二次電池となる。
封口板2は、正極端子取り付け孔2a及び負極端子取り付け孔2bを有する。封口板2において、正極端子取り付け孔2aの近傍の電池外面側に外部側絶縁部材5を配置し、正極端子取り付け孔2aの近傍の電池内面側に内部側絶縁部材6及び正極集電体8を配置する。そして、外部側絶縁部材5の貫通孔、正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材6の貫通孔、及び正極集電体8の貫通孔に、電池外部側から正極端子7を挿入し、正極端子7の先端を正極集電体8上にカシメる。そして、正極端子7においてカシメられた部分と正極集電体8を溶接する。これにより、正極端子7及び正極集電体8が封口板2に取り付けられる。封口板2において、負極端子取り付け孔2bの近傍の電池外面側に外部側絶縁部材9を配置し、負極端子取り付け孔2bの近傍の電池内面側に内部側絶縁部材10及び負極集電体12を配置する。そして、外部側絶縁部材9の貫通孔、負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材10の貫通孔、及び負極集電体12の貫通孔に、電池外部側から負極端子11を挿入し、負極端子11の先端を負極集電体12上にカシメる。そして、負極端子11においてカシメられた部分と負極集電体12を溶接する。負極端子11及び負極集電体12が封口板2に取り付けられる。
電極体3の積層された正極タブ部20dを、封口板2に取り付けられた正極集電体8に
溶接する。また、電極体3の積層された負極タブ部30dを、封口板2に取り付けられた負極集電体12に溶接する。
電極体3を樹脂製の絶縁シート4で覆い、角形外装体1に挿入する。そして、封口板2と角形外装体1を溶接し、角形外装体1の開口を封口板2により封口する。その後、封口板2に設けられた電解液注液孔14から非水電解液を注液し、電解液注液孔14を封止栓15により封止する。これにより、角形二次電池100が作製される。
次に、負極板原板300とセパレータ原板400からなる積層体原板500の切断方法を説明する。
図7は、積層体原板500の切断方法を示す図である。図7に示すように、下方治具61上に積層体原板500を配置する。そして、積層体原板500の上面を押さえ治具62により押さえる。これにより、下方治具61及び押さえ治具62により積層体原板500は挟持される。ここで、下方治具61において、積層体原板500と対向する角部が下方切断刃61aとなっている。
図8は、積層体50の切断端部の形状を示す図である。なお、図8は、積層体原板500の切断面に沿う方向に対して垂直な方向(図7において左右方向)における積層体50の断面図である。ここで、負極板30は第1電極板に相当する。そして、負極芯体30a、第1負極活物質合剤層30b1、第2負極活物質合剤層30b2はそれぞれ、第1電極芯体、第1活物質合剤層、第2活物質合剤層に相当する。負極タブ部30dは第1電極タブ部に相当し、正極タブ部20dは第2電極タブ部に相当する。
りも小さくすることが好ましい。なお、ここで湾曲の度合いとは、積層体50の厚み方向において、平坦部の下面と湾曲部の先端との間の距離とする。
電極体3の封口板2側の端部において、第1セパレータ40a及び第2セパレータ40bは、負極板30の第1負極活物質合剤層30b1及び第2負極活物質合剤層30b2よりも封口板2側に突出している。電極体3の底部1a側の端部において、第1セパレータ40a及び第2セパレータ40bは、負極板30の第1負極活物質合剤層30b1及び第2負極活物質合剤層30b2よりも底部1a側に突出している。このような構成であると、底部1a側において、第1負極活物質合剤層30b1及び第2負極活物質合剤層30b2が絶縁シート4と接することを防止できるため、第1負極活物質合剤層30b1及び第2負極活物質合剤層30b2が損傷することを防止できる。なお、正極板20とセパレータ40、セパレータ40と負極板30のそれぞれが接着されている場合、より効果的である。
図11は、変形例1に係る積層体51の切断端部の形状を示す図である。なお、図11は、積層体原板の切断面に沿う方向に対して垂直な方向における積層体51の断面図である。積層体51は、負極板31、第1セパレータ41a及び第2セパレータ41bを含む。積層体51において、負極芯体31aの一方の面に第1負極活物質合剤層31b1が形成され、第1負極活物質合剤層31b1には第1セパレータ41aが接着されている。また、負極芯体31aの他方の面に第2負極活物質合剤層31b2が形成され、第2負極活物質合剤層31b2には第2セパレータ41bが接着されている。第1セパレータ41aは中央に第1平坦部41xを有し、端部に第2セパレータ41bに向かって湾曲する第1湾曲部41yを有する。負極芯体31aは中央に第2平坦部31xを有し、端部に第2セ
パレータ41bに向かって湾曲する第2湾曲部31yを有する。そして、負極芯体31aと第2セパレータ41bの間に配置された第2負極活物質合剤層31b2は、端部に中央部の厚みよりも厚みが小さい領域31eを有する。なお、図11において、負極板31の中央部における第2負極活物質合剤層31b2の厚みはT3であり、端部における第2負極活物質合剤層31b2の厚みはT4である。
図12は、変形例2に係る積層体52の切断端部の形状を示す図である。なお、図12は、積層体原板の切断面に沿う方向に対して垂直な方向における積層体52の断面図である。積層体52は、負極板32、第1セパレータ42a及び第2セパレータ42bを含む。積層体52において、負極芯体32aの一方の面に第1負極活物質合剤層32b1が形成され、第1負極活物質合剤層32b1には第1セパレータ42aが接着されている。また、負極芯体32aの他方の面に第2負極活物質合剤層32b2が形成され、第2負極活物質合剤層32b2には第2セパレータ42bが接着されている。第1セパレータ42aは中央に第1平坦部42xを有し、端部に第2セパレータ42bに向かって湾曲する第1湾曲部42yを有する。負極芯体32aは中央に第2平坦部32xを有し、端部に第2セパレータ42bに向かって湾曲する第2湾曲部32yを有する。そして、負極芯体32aと第2セパレータ42bの間に配置された第2負極活物質合剤層32b2は、端部に中央部の厚みよりも厚みが小さい領域32eを有する。なお、図12において、負極板32の中央部における第2負極活物質合剤層32b2の厚みはT5であり、端部における第2負極活物質合剤層32b2の厚みはT6である。
体32aが角形外装体1と接することをより効果的に防止できる。
図13は、変形例3に係る積層体53の切断端部の形状を示す図である。なお、図13は、積層体原板の切断面に沿う方向に対して垂直な方向における積層体53の断面図である。積層体53は、負極板33、第1セパレータ43a及び第2セパレータ43bを含む。積層体53において、負極芯体33aの一方の面に第1負極活物質合剤層33b1が形成され、第1負極活物質合剤層33b1には第1セパレータ43aが接着されている。また、負極芯体33aの他方の面に第2負極活物質合剤層33b2が形成され、第2負極活物質合剤層33b2には第2セパレータ43bが接着されている。第1セパレータ43aは中央に第1平坦部43xを有し、端部に第2セパレータ43bに向かって湾曲する第1湾曲部43yを有する。負極芯体33aは中央に第2平坦部33xを有し、端部に第2セパレータ43bに向かって湾曲する第2湾曲部33yを有する。そして、負極芯体33aと第2セパレータ43bの間に配置された第2負極活物質合剤層33b2は、端部に中央部の厚みよりも厚みが小さい領域33eを有する。なお、図13において、負極板33の中央部における第2負極活物質合剤層33b2の厚みはT7であり、端部における第2負極活物質合剤層33b2の厚みはT8である。
上述の実施形態及び変形例においては、第1電極板が負極板であり、第2電極板が正極板である例を示したが、第1電極板を正極板とし、第2電極板を負極板とすることも可能である。但し、第1電極板を負極板とすることが好ましい。また、第1電極板としての負極板の平面視での面積を、第2電極板としての正極板の平面視での面積よりも大きくすることが好ましい。また、セパレータの平面視での面積を、第1電極板としての負極板の平面視での面積よりも大きくすることが好ましい。これにより、正極板と負極板の間の短絡を確実に防止できる。
正極板を構成する正極芯体は金属箔であることが好ましく、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔であることがより好ましい。正極芯体の厚みは、3μm〜50μmであることが好ましく、5μ〜30μmであることがより好ましく、5μm〜20μmであることが更に好ましい。負極板を構成する負極芯体は金属箔であることが好ましく、銅箔又は銅合金箔であることがより好ましい。負極芯体の厚みは、3μm〜50μmであることが好ましく、5μ〜30μmであることがより好ましく、5μm〜15μmであることが更に好ましい。
に応じて導電剤、添加剤等を含むことができる。正極芯体の一方の面に形成される正極活物質合剤層の厚みは、10μm〜300μmであることが好ましく、10μm〜200μmであることがより好ましく、10μm〜100μmであることが更に好ましい。負極芯体の一方の面に形成される負極活物質合剤層の厚みは、10μm〜300μmであることが好ましく、10μm〜200μmであることがより好ましく、10μm〜100μmであることが更に好ましい。
101・・・電池ケース
1・・・角形外装体
1a・・・底部
1b・・・第1側壁
1c・・・第2側壁
2・・・封口板
2a・・・正極端子取り付け孔
2b・・・負極端子取り付け孔
3・・・電極体
4・・・絶縁シート
5・・・外部側絶縁部材
6・・・内部側絶縁部材
7・・・正極端子
8・・・正極集電体
9・・・外部側絶縁部材
10・・・内部側絶縁部材
11・・・負極端子
12・・・負極集電体
13・・・ガス排出弁
14・・・電解液注液孔
15・・・封止栓
20・・・正極板
20a・・・正極芯体
20b・・・正極活物質合剤層
20b1・・・第1正極活物質合剤層
20b2・・・第2正極活物質合剤層
20c・・・正極芯体露出部
20d・・・正極タブ部
200・・・正極板原板
30・・・負極板
30a・・・負極芯体
30b・・・負極活物質合剤層
30b1・・・第1負極活物質合剤層
30b2・・・第2負極活物質合剤層
30c・・・負極芯体露出部
30d・・・負極タブ部
30e・・・厚みが小さい領域
30x・・・第2平坦部
30y・・・第2湾曲部
300・・・負極板原板
40・・・セパレータ
40a・・・第1セパレータ
40b・・・第2セパレータ
40x・・・第1平坦部
40y・・・第1湾曲部
400・・・セパレータ原板
50・・・積層体
50a・・・積層体端面
500・・・積層体原板
60・・・上方治具
60a・・・上方切断刃
61・・・下方治具
61a・・・下方切断刃
62・・・押さえ治具
51・・・積層体
51a・・・積層体端面
52・・・積層体
53・・・積層体
31・・・負極板
31a・・・負極芯体
31b・・・負極活物質合剤層
31b1・・・第1負極活物質合剤層
31b2・・・第2負極活物質合剤層
31e・・・厚みが小さい領域
31x・・・第2平坦部
31y・・・第2湾曲部
41a・・・第1セパレータ
41b・・・第2セパレータ
41x・・・第1平坦部
41y・・・第1湾曲部
32・・・負極板
32a・・・負極芯体
32b1・・・第1負極活物質合剤層
32b2・・・第2負極活物質合剤層
32e・・・厚みが小さい領域
32x・・・第2平坦部
32y・・・第2湾曲部
42a・・・第1セパレータ
42b・・・第2セパレータ
42x・・・第1平坦部
42y・・・第1湾曲部
33・・・負極板
33a・・・負極芯体
33b1・・・第1負極活物質合剤層
33b2・・・第2負極活物質合剤層
33e・・・厚みが小さい領域
33x・・・第2平坦部
33y・・・第2湾曲部
43a・・・第1セパレータ
43b・・・第2セパレータ
43x・・・第1平坦部
43y・・・第1湾曲部
Claims (6)
- 第1電極板及び第2電極板を含む電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースを有する二次電池であって、
前記第1電極板は、第1電極芯体と、前記第1電極芯体の一方の面に形成された第1活物質合剤層と、前記第1電極芯体の他方の面に形成された第2活物質合剤層を有し、
前記第1活物質合剤層には第1セパレータが接着され、
前記第2活物質合剤層には第2セパレータが接着され、
前記第1電極板の少なくとも一つの端辺において、
前記第1セパレータは、前記第2セパレータ側に湾曲する第1湾曲部を有し、
前記第1電極芯体は、前記第2セパレータ側に湾曲する第2湾曲部を有し、
第2活物質合剤層は、前記第1電極板の中央部における前記第2活物質合剤層の厚みよりも小さい領域を有する二次電池。 - 前記電極体は、複数枚の前記第1電極板と、複数枚の前記第2電極板を含む積層型電極体であり、
前記電池ケースは角形である請求項1に記載の二次電池。 - 前記第1電極板は負極板であり、
前記第2電極板は正極板であり、
平面視における前記第1電極板の面積は、平面視における前記第2電極板の面積よりも大きく、
平面視における前記第1セパレータの面積、及び平面視における前記第2セパレータの面積は、平面視における前記第1電極板の面積よりも大きい、
請求項1又は2に記載の二次電池。 - 前記電池ケースは、開口、底部、一対の第1側壁、及び一対の第2側壁を有する角形外装体と、前記開口を封口する封口板を含み、
前記第1側壁の面積は前記第2側壁の面積よりも大きく、
前記第1電極板は、前記封口板側の端部に第1電極タブ部を有し、
前記第2電極板は、前記封口板側の端部に第2電極タブ部を有し、
前記封口板側の端部において、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータが、前記第1活物質合剤層及び前記第2活物質合剤層よりも前記封口板側に突出しており、
前記底部側の端部において、前記第1セパレータ及び前記第2セパレータが、前記第1活物質合剤層及び前記第2活物質合剤層よりも前記底部側に突出している請求項1〜3のいずれかに記載の二次電池。 - 前記電極体は、前記第1湾曲部及び前記第2湾曲部が位置する側の側面が、絶縁シートを介して前記第2側壁と対向するように前記角形外装体内に配置された請求項4に記載の二次電池。
- 前記電極体の前記第1湾曲部及び前記第2湾曲部が位置する側の側面と、前記第2側壁の間には、前記絶縁シートが2重に配置された請求項5に記載の二次電池。
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