JP5294641B2 - Sealed battery - Google Patents
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Description
本発明は、密閉電池に関し、特に一方の極板の集電タブの構造を見直すことにより、耐衝撃性ないし耐振動性に優れ、電気自動車(EV)用、ハイブリッド電気自動車(HEV)用及び電動工具用として最適な非水電解質二次電池等の密閉電池に関する。 The present invention relates to a sealed battery, and in particular, by reviewing the structure of a current collecting tab of one electrode plate, it has excellent shock resistance or vibration resistance, and is used for an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), and an electric motor. The present invention relates to a sealed battery such as a non-aqueous electrolyte secondary battery that is optimal for tools.
近年の環境保護運動の高まりを背景として二酸化炭素ガス等の排出規制が強化されている。そのため、自動車業界ではガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車にだけでなく、EVやHEVの開発が活発に行われている。これらのEVやHEVの用途に使用する電池としては、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池や、ニッケル水素電池等の密閉電池が多く使用されるようになってきている。このような傾向は、電動工具の用途においても同様である。 Emission regulations such as carbon dioxide gas have been strengthened against the background of the recent increase in environmental protection movement. Therefore, not only automobiles that use fossil fuels such as gasoline, diesel oil, and natural gas but also EVs and HEVs are being actively developed in the automobile industry. As batteries used for these EV and HEV applications, non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries and sealed batteries such as nickel metal hydride batteries are increasingly used. Such a tendency is the same also in the use of a power tool.
これらのEV、HEV用電池ないしは工具用電池としては、自動車用ないし電動工具用としての基本的な性能、すなわち加速性、起動性等を十分に発揮させるために必要な短時間に大電力を取り出す能力、すなわち高出力化も必要である。ところが、高出力の放電を行うと、電池に大電流が流れるため、電池の内部での発熱が大きくなる。従って、EV、HEV用電池ないしは工具用電池としては、大型で、大容量であるだけでなく、短時間に大電流を取り出せることが必要とされることから、電池内部の電力損失を防止して発熱を低下させるために種々の改良が行われている。 As these EV and HEV batteries or tool batteries, a large amount of electric power is taken out in a short period of time necessary for sufficiently exhibiting basic performance for automobiles or electric tools, that is, acceleration performance, startability, etc. Capability, that is, higher output is also required. However, when a high output discharge is performed, a large current flows through the battery, so that heat generation inside the battery increases. Therefore, as the battery for EV, HEV or tool, not only is it large and has a large capacity, but also it is necessary to take out a large current in a short time. Various improvements have been made to reduce heat generation.
従来の密閉電池における電池内部の電力損失を防止して発熱を低下させるための構成は、極板の芯体からの集電効率を上げることを課題とするものが多かった。この場合、集電タブの幅を広くして極板の芯体への取付面積を大きくすれば、極板の芯体からの集電効率を上げることができることは自明である。しかしながら、特に円筒形の巻回電極体を使用した密閉電池においては、単純に集電タブの幅を広くするという構成は、集電タブの取付面が曲面状となるため、円筒状の電池外装缶内への組み込みが困難となるので、そのまま採用することはできない。そのため、下記特許文献1に開示された円筒形二次電池の発明では、最内周側の電極の集電タブとして巻回電極体の作製時に使用される芯棒と同じ曲率半径に成形加工したものを使用している。 In many conventional sealed batteries, a configuration for preventing power loss in the battery and reducing heat generation has a problem of increasing the current collection efficiency from the core of the electrode plate. In this case, it is obvious that the current collection efficiency from the core of the electrode plate can be increased by increasing the width of the current collecting tab and increasing the mounting area of the electrode plate to the core. However, particularly in a sealed battery using a cylindrical wound electrode body, the configuration in which the width of the current collecting tab is simply widened is that the mounting surface of the current collecting tab has a curved surface. Since it becomes difficult to incorporate it into the can, it cannot be adopted as it is. Therefore, in the invention of the cylindrical secondary battery disclosed in Patent Document 1 below, it is molded to the same radius of curvature as the core rod used when the wound electrode body is produced as a current collecting tab of the innermost electrode. I am using something.
一方、下記特許文献2には、比較例として、負極集電タブと電池外装缶との間の接触抵抗を低減化するため、負極集電タブを負極芯体の巻き始め側と巻き終わり側の2本とした密閉電池が開示されている。そして、この下記特許文献2に開示されている密閉電池では、巻回電極体の作製後に巻き終わり側に設けた集電タブを巻き取り中心に向けて折り曲げ、電池外装缶の内側底部において巻き始め側の集電タブ、巻き終わり側の集電タブ及び電池外装缶の3層を溶接して電気的に接続している。
上記特許文献1に開示されている発明によれば、一応最内周側の電極と集電タブとの間の接触面積を大きくすることができるが、集電タブを巻回電極体の作製時に使用される芯棒と同じ曲率半径に成形加工する工程が別途必要となる。加えて、上記特許文献1には前記集電タブを電池外装缶の内側底部と接合することによって電気的に接続することについては何も示唆されていない。 According to the invention disclosed in Patent Document 1 described above, the contact area between the innermost electrode and the current collecting tab can be increased. A separate process for forming the same radius of curvature as the core rod used is required. In addition, Patent Document 1 does not suggest any electrical connection by joining the current collecting tab to the inner bottom portion of the battery outer can.
また、上記特許文献2に開示されている発明では、集電タブは巻回電極体の巻き始め側及び巻き終わり側の両方で芯体と接続されている。そのため、集電タブの幅を従来例のものと同等としても、芯体の巻き始め側と電池外装缶の間及び芯体の巻き終わり側と電池外装缶の間の2通りの導電路が確保されるので、内部抵抗が小さい密閉電池が得られる。 In the invention disclosed in Patent Document 2, the current collecting tab is connected to the core on both the winding start side and the winding end side of the wound electrode body. Therefore, even if the current collecting tab width is the same as that of the conventional example, two conductive paths between the winding start side of the core body and the battery outer can and between the winding end side of the core body and the battery outer can are secured. Therefore, a sealed battery with low internal resistance is obtained.
しかしながら、EV用、HEV用ないし電動工具用の電池に要求される特性として、機械的強度が強いことや過酷な使用条件下での信頼性の確保がある。すなわち、EV用、HEV用ないし電動工具用の電池は、使用時に落下(特に、電動工具の場合)、衝撃及び振動に曝されるため、前述の特性が良好となるようにすることが必要である。そのため、製品としての密閉電池を出荷する前に振動試験、落下試験、ドラム試験(ドラム内回転試験)等が行われている。 However, characteristics required for batteries for EVs, HEVs, and electric tools include high mechanical strength and reliability under severe use conditions. That is, batteries for EVs, HEVs or power tools are exposed to drops (especially in the case of power tools), impacts and vibrations during use, so it is necessary to improve the above-mentioned characteristics. is there. Therefore, a vibration test, a drop test, a drum test (in-drum rotation test), and the like are performed before shipping the sealed battery as a product.
上記特許文献2に開示されている非水電解質二次電池によれば、円筒状の巻回電極体が落下、衝撃ないし振動に曝されると、巻回電極体は電池外装缶内で振動する。電池外装缶と巻回電極体から引き出されている集電タブとは溶接によって電気的な導電性を保っているが、前述のような振動試験、落下試験、ドラム試験等において、溶接部分に金属疲労が発生し、集電タブが外れたり、内部抵抗が大きくなって製品として使用不可能な状態が生じることがある。 According to the nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed in Patent Document 2, when the cylindrical wound electrode body is exposed to a drop, impact or vibration, the wound electrode body vibrates in the battery outer can. . The battery outer can and the current collecting tab drawn out from the wound electrode body maintain electrical conductivity by welding, but in the vibration test, drop test, drum test, etc. Fatigue may occur, the current collecting tab may come off, and the internal resistance may increase, resulting in a state where the product cannot be used.
なお、上記特許文献3には、図6に示したように、電池が落下する等によって衝撃が加えられた場合に集電タブが切断してしまうことを防止するため、巻回電極体51の最外周側の電極52に取り付けた集電タブ53に凸状のたわみ部54を形成し、この集電タブ53のたわみ部54の先端部54'を電池外装缶55に接合した電池50の考案が開示されている。なお、図6は上記特許文献3に開示されている組立途中の電池の縦断面図である。しかしながら、上記特許文献3には、前記集電タブ53を電池外装缶55の底部と接合することによって電気的に接続することについては何も示唆されていない。
In Patent Document 3, as shown in FIG. 6, in order to prevent the current collecting tab from being cut when an impact is applied due to the battery dropping or the like, A
本発明は上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明は、巻回電極体の集電タブの構造を見直すことにより、集電タブと電池外装缶の内側底部との間の接合を行い易くし、しかも、耐衝撃性ないし耐振動性に優れ、EV用、HEV用及び電動工具用として最適な密閉電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, the present invention makes it easy to perform the joining between the current collecting tab and the inner bottom portion of the battery outer can by reexamining the structure of the current collecting tab of the wound electrode body, and also has impact resistance or vibration resistance. It is an object of the present invention to provide a sealed battery that is excellent in use for EVs, HEVs, and electric tools.
上記目的を達成するため、本発明の密閉電池は、正極芯体の両面に正極合剤層が形成された正極極板と負極芯体の両面に負極合剤層が形成された負極極板とがセパレータを挟んで巻回され、巻回軸の中心に空隙部が形成された巻回電極体を備え、前記巻回電極体は、最内周側に位置する一方の極板が最外周側にも位置するように巻回され、前記一方の極板の巻き始め側には、芯体露出部が形成されていると共に、前記巻き始め側の芯体露出部には巻き始め部集電タブが接合され、前記巻き始め部集電タブは、前記巻回電極体の前記空隙部に対応する位置で電池外装缶の内側底部に当接するように折り曲げられ、前記電池外装缶の内側底部に接合されている密閉電池において、前記巻き始め部集電タブは、前記巻回電極体の前記空隙部に弾性を有する形状部分を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the sealed battery of the present invention includes a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer is formed on both surfaces of a positive electrode core, and a negative electrode plate in which a negative electrode mixture layer is formed on both surfaces of the negative electrode core. Is wound around a separator, and has a wound electrode body in which a gap is formed at the center of the winding shaft, and the wound electrode body has one electrode plate located on the innermost circumference side on the outermost circumference side. The core exposed portion is formed on the winding start side of the one electrode plate, and the winding start current collecting tab is formed on the core exposed portion on the winding start side. The winding start portion current collecting tab is bent so as to contact the inner bottom portion of the battery outer can at a position corresponding to the gap portion of the wound electrode body, and joined to the inner bottom portion of the battery outer can. in the sealed battery that is, the winding start portion current collector tabs, elasticity in the gap portion of the wound electrode body Characterized in that it comprises a shaped portion.
本発明の密閉電池によれば、前記巻き始め部集電タブは、前記巻回電極体の前記空隙部に弾性を有する形状部分が形成されている。そのため、本発明の密閉電池に対して落下、振動等による衝撃が加わっても、この衝撃は巻き始め部集電タブの弾性を有する形状部分で吸収されるので、巻き始め部集電タブと電池外装缶との間の接合部分が剥離する可能性が大きく減少すると共に、電池の内部抵抗が増加し難くなる。なお、本発明の密閉電池における巻き始め部集電タブの弾性を有する形状部分としては、弧形状、波形形状等の形状を採用することができる。また、本発明における「接合」とは、「溶接」だけではなく「圧接」も含み、更に、「溶接」には抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接を含む。
According to the sealed battery of the present invention, the winding start portion current collecting tab is formed with a shape portion having elasticity in the gap portion of the wound electrode body . Therefore, even if an impact due to dropping, vibration or the like is applied to the sealed battery of the present invention, this impact is absorbed by the shape part having elasticity of the winding start part current collecting tab, so the winding start part current collecting tab and the battery The possibility of separation of the joint between the outer can and the case greatly decreases, and the internal resistance of the battery hardly increases. In addition, as a shape part which has the elasticity of the winding start part current collection tab in the sealed battery of this invention, shapes, such as an arc shape and a waveform shape, are employable. Further, “joining” in the present invention includes not only “welding” but also “pressure welding”, and “welding” includes resistance welding, ultrasonic welding, laser welding, and electron beam welding.
なお、本発明の非水電解質二次電池における負極活物質としては、黒鉛、非晶質炭素などの炭素質材料を用いることができる。また、正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なLixMO2(但し、MはCo、Ni、Mnの少なくとも1種である)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、LiCoO2、LiNiO2、LiNiyCo1−yO2(y=0.01〜0.99)、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoxMnyNizO2(x+y+z=1)、又はLiFePO4などが一種単独もしくは複数種を混合して用いることができる。 In addition, as a negative electrode active material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a carbonaceous material such as graphite or amorphous carbon can be used. Further, as the positive electrode active material, a lithium transition metal represented by Li x MO 2 (wherein M is at least one of Co, Ni, and Mn) capable of reversibly occluding and releasing lithium ions. Complex oxides, that is, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi y Co 1-y O 2 (y = 0.01 to 0.99), LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo x Mn y Ni z O 2 (x + y + z) = 1), or LiFePO 4 can be used singly or in combination.
また、非水電解液の溶媒(有機溶媒)としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などが単独であるいは2種類以上を混合して使用することができる。これらの中では特に誘電率が大きく、非水電解液のイオン伝導度が大きいカーボネート類が好ましい。なお、非水電解質の溶質としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12など及びそれらの混合物を用いることができる。
Moreover, as a solvent (organic solvent) of the non-aqueous electrolyte, carbonates, lactones, ethers, esters and the like can be used alone or in admixture of two or more. Among these, carbonates having a large dielectric constant and a high ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte are preferable. In addition, as a solute of the nonaqueous electrolyte, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3, LiAsF 6, LiClO 4, Li 2 B 10 Cl 10, Li 2
なお、本発明の非水電解質二次電池の正極芯体としてはアルミニウム箔が、負極芯体としては銅箔が汎用的に使用され、また、電池外装缶や端子としてはステンレススチール等の鉄系の合金が汎用的に使用される。そのため、接合のし易さ、接合強度等を勘案すると、正極集電タブとしてはアルミニウムからなるものが好ましく、また、負極集電タブとしてはニッケル又はニッケル合金、銅−ニッケルの2層クラッド材ないしニッケル−銅−ニッケルの3層クラッド材が好ましい。 In addition, aluminum foil is generally used as the positive electrode core of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and copper foil is used as the negative electrode core, and the battery outer can and terminal are iron-based such as stainless steel. These alloys are generally used. Therefore, in consideration of easiness of joining, joining strength, etc., the positive electrode current collecting tab is preferably made of aluminum, and the negative electrode current collecting tab is nickel or a nickel alloy, a copper-nickel two-layer clad material or A nickel-copper-nickel three-layer clad material is preferred.
また、本発明の密閉電池においては、前記一方の極板の巻き終わり側の芯体露出部に巻き終わり部集電タブが接合され、前記巻き終わり部集電タブは前記巻回電極体の前記空隙部に対応する位置で前記電池外装缶の内側底部に当接するように折り曲げられ、前記巻き始め部集電タブ及び前記電池外装缶の内側底部と共に一体に接合されていることが好ましい。 Further, in the sealed battery of the present invention, a winding end current collecting tab is joined to the core exposed portion on the winding end side of the one electrode plate, and the winding end current collecting tab is the above-mentioned winding electrode body. It is preferable that it is bent so as to contact the inner bottom of the battery outer can at a position corresponding to the gap, and is integrally joined together with the winding start current collecting tab and the inner bottom of the battery outer can.
係る態様の密閉電池によれば、集電タブの幅を従来例のものと同等としても、巻き始め部の芯体と電池外装缶の間及び巻き終わり部の芯体と電池外装缶の間の2通りの導電路が確保されるので、より内部抵抗が小さい密閉電池が得られる。 According to the sealed battery of this aspect, even if the width of the current collecting tab is the same as that of the conventional example, between the core at the winding start portion and the battery outer can and between the core at the winding end and the battery outer can. Since two conductive paths are ensured, a sealed battery having a smaller internal resistance can be obtained.
また、本発明の密閉電池においては、前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部は、前記空隙部の外周の1周以上3周未満とすることが好ましい。 In the sealed battery of the present invention, it is preferable that the core exposed portion on the winding start side of the one electrode plate is not less than 1 and not more than 3 times of the outer periphery of the gap.
係る態様の密閉電池によれば、最内周側は全て前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部となっているため、空隙部の径が小さくて前記芯体の弾性を有する形状部分が撓んで周囲の最内周側の極板と接触することがあっても、合剤層の剥離等の問題が生じることがなくなる。なお、前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部が前記空隙部の外周の1周未満であると、最内周側の極板の合剤層が空隙部側に露出してしまうため、第1の集電タブの弾性を有する形状部分が撓んで周囲の最内周側の極板と接触した際に合剤層の剥離等の問題が生じるので、好ましくない。更に、前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部が前記空隙部の外周の3周以上であると、最内周側の芯体露出部の占める体積が大きくなりすぎて電池の容量の低下に繋がるため、好ましくない。 According to the sealed battery of this aspect, since the innermost circumferential side is the core exposed part on the winding start side of the one electrode plate, the shape of the gap is small and the core has elasticity. Even if the portion is bent and comes into contact with the surrounding innermost electrode plate, problems such as separation of the mixture layer do not occur. In addition, when the core exposed portion on the winding start side of the one electrode plate is less than one round of the outer periphery of the gap portion, the mixture layer of the innermost electrode plate is exposed to the gap portion side. Therefore, when the shape part which has the elasticity of the 1st current collection tab bends and contacts the surrounding innermost electrode board, problems, such as peeling of a mixture layer, arise, and it is not preferred. Further, if the core exposed portion on the winding start side of the one electrode plate is three or more rounds of the outer periphery of the gap, the volume occupied by the innermost core exposed portion becomes too large, and the battery capacity is increased. This is not preferable because it leads to a decrease in the temperature.
また、本発明の密閉電池においては、前記巻き始め部集電タブは、前記電池外装缶との接合部分までの前記弾性を有する形状を含む部分が、前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部の巻き外側面に接合されているとすることができる。 Further, in the sealed battery of the present invention, the winding start portion current collecting tab includes a portion having the elastic shape up to the joint portion with the battery outer can, and the core on the winding start side of the one electrode plate. It can be said that it is joined to the outer surface of the body exposed portion.
係る態様の密閉電池によれば、前記集電タブは前記弾性を有する形状部分を含む部分が、前記一方の極板の巻き始め側の芯体露出部の巻き外側に接合されていることから、外部から強い振動等が加わっても前記弾性を有する形状部分の集電タブが前記芯体の変形に追随するため、集電タブが前記芯体から外れたり、内部抵抗が大きくなったりする可能性が大きく減少する。 According to the sealed battery of this aspect, since the current collecting tab is joined to the winding outside of the core exposed portion on the winding start side of the one electrode plate, the portion including the elastic shaped portion is joined. Even if strong vibration is applied from the outside, the current collecting tab of the elastically shaped portion follows the deformation of the core body, so that the current collecting tab may come off from the core body or the internal resistance may increase. Is greatly reduced.
また、本発明の密閉電池においては、前記密閉電池は非水電解質二次電池であり、前記一方の極板は負極極板であることが好ましい。 In the sealed battery of the present invention, it is preferable that the sealed battery is a nonaqueous electrolyte secondary battery, and the one electrode plate is a negative electrode plate.
密閉電池としてのリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池においては、一般に正極極板と負極極板の対向する部分での充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)を1よりも大きく、例えば1.1程度とすることが行われている。従って、本発明のように最内周側に位置する一方の極板を負極極板とすると、この負極極板が最外周側にも位置するように巻回されているため、容易に負極極板の充電容量比を正極極板の充電容量比よりも大きくできるようになる。 In a nonaqueous electrolyte secondary battery typified by a lithium ion secondary battery as a sealed battery, generally, the charge capacity ratio (negative electrode charge capacity / positive electrode charge capacity) at a portion where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other is 1. It is larger than, for example, about 1.1. Accordingly, when one electrode plate located on the innermost peripheral side as in the present invention is a negative electrode plate, the negative electrode plate is easily wound on the outermost peripheral side, so that the negative electrode is easily provided. The charge capacity ratio of the plate can be made larger than the charge capacity ratio of the positive electrode plate.
以下、本願発明を実施するための最良の形態を各実施例及び比較例を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉電池としての非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below using each example and comparative example. However, the examples shown below illustrate a nonaqueous electrolyte secondary battery as a sealed battery for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is specified as this nonaqueous electrolyte secondary battery. However, the present invention can be equally applied to various modifications without departing from the technical concept shown in the claims.
なお、図1Aは実施例及び比較例の非水電解質二次電池で使用した正極極板の展開図であり、図1Bは同じく負極極極板の展開図である。図2は実施例1の非水電解質二次電池の縦断面図である。図3は実施例2の非水電解質二次電池の縦断面図である。図4は比較例1の非水電解質二次電池の縦断面図である。図5は比較例2の非水電解質二次電池の縦断面図である。 1A is a development view of a positive electrode plate used in the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples and Comparative Examples, and FIG. 1B is a development view of the negative electrode plate. 2 is a longitudinal sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 2. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 2. FIG.
最初に、図1を用いて、実施例1、2及び比較例1、2に共通する正極極板、負極極板及び非水電解液の構成について説明する。 First, the configuration of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the non-aqueous electrolyte common to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 will be described with reference to FIG.
[正極極板の作製]
正極極板11は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)とスピネル型マンガン酸リチウムを質量比1:1で混合した正極活物質90質量部と、導電剤としての黒鉛5質量部と結着剤としてのポリビニリデンフルオライド(PVdF)5質量部とをN−メチル−2−ピロリドンに分散させ、正極合剤スラリーを調製した。次に、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極芯体11aの両面に、正極芯体11aの中央部11b及び巻き終わり側端部11cが露出するように、前記正極合剤スラリーを塗工し、乾燥機内に通して上記有機溶剤を除去した後、ロールプレス機を用いて正極合剤層11dが形成された部分の厚さが100μmとなるように圧延した。次いで、正極芯体11aの中央部11bの露出面に例えばアルミニウム製の正極集電タブ11eを超音波溶接により取り付け、正極極板11を得た(図1A参照)。
[Preparation of positive electrode plate]
The
[負極極板の作製]
負極極板12は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての人造黒鉛粉末98質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)をそれぞれ1質量%ずつ混合し、水を加えて混練して負極合剤スラリーを調製した。次に、厚さが15μmの銅箔からなる負極芯体12aの両側に、負極芯体12aの巻き始め側端部12b及び巻き終わり側端部12cの両面が露出するように、前記負極合剤スラリーを塗工し、次いで乾燥機内に通して乾燥した後、ロールプレス機を用いて負極合剤層12dの厚さが100μmとなるように圧延した。次いで、負極芯体12aの巻き始め側端部12b及び巻き終わり側端部12cの露出面に例えば銅−ニッケルクラッド材(厚さ150μm)からなる負極集電タブ12e1及び12e2を、銅同士が対向するようにして、超音波溶接した。なお、負極合剤の塗布量は、設計基準となる充電電圧(4.2V)において、正極極板11と負極極板12の対向する部分での充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)が1.1となるように調整した。
[Production of negative electrode plate]
The
[巻回電極体の作製]
上記のようにして作製された正極極板11と負極極板12とポリエチレン樹脂からなる厚さ22μmの微多孔性セパレータ13とを、巻き取り機により巻回し、巻き終わり部に絶縁性の巻き止めテープを取り付け、実施例1、2及び比較例1、2の非水電解質二次電池10A〜10Dで使用する円筒状巻回電極体14を完成させた。なお、最内周側の負極芯体12bの露出部の長さは、空隙部18の外周の2周となるようにした。
[Production of wound electrode body]
The
[非水電解質の調製]
エチレンカーボネート(EC)15体積%、プロピレンカーボネート(PC)10体積%及びジメチルカーボネート(DMC)75体積%となるように非水混合溶媒を調製し、これにLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解したものを非水電解液とした。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
A non-aqueous mixed solvent was prepared so as to be 15% by volume of ethylene carbonate (EC), 10% by volume of propylene carbonate (PC) and 75% by volume of dimethyl carbonate (DMC), and a ratio of 1.0 mol / L of LiPF 6 was added thereto. What was melt | dissolved so that it might become was set as the non-aqueous electrolyte.
[実施例1の電池の作製]
上記のようにして作製された巻回電極体14の上下に中央に穴が開けられた絶縁板15及び16を配置し、負極極板12の巻き終わり側の負極集電タブ12e1を先端部が電池外装缶17の底部に平行になるように適切な位置で折り曲げた。また、負極極板12の巻き始め側の負極集電タブ12e2は、負極芯体12の露出部12bの巻き内側面に取り付けられ、中途を空隙部18側に弾性を有する形状、例えば、弧形状部分12fが形成されるように折り曲げると共に、先端部を電池外装缶17の底部に平行になるようにかつ巻き終わり側の集電タブ12e1の先端部に重畳するように折り曲げた。このように折り曲げられた負極集電タブ12e1及び12e2を備えた巻回電極体14を、図2に示したように、円筒状の電池外装缶17内に挿入した。次いで、電池外装缶17の底部の内側に負極集電タブ12e1及び12e2を抵抗溶接することによって固定した。
[Production of Battery of Example 1]
Insulating
更に、正極集電タブ11dの先端部を絶縁性の封口板19に取り付けられた正極端子20に超音波抗溶接し、電池外装缶内に上述の非水電解液を注入、真空含浸した後、封口板19の周囲をガスケット21で挟んで、電池外装缶17の開口端部をカシメることによって固定することにより実施例1の非水電解質二次電池10Aを作製した。この実施例1の非水電解質二次電池10Aは、直径が18mm、長さが65mmであり、設計容量は1200mAhであった。
Further, the tip of the positive electrode
[実施例2の電池の作製]
実施例2の非水電解質二次電池10Bは、実施例1で使用した巻き始め側の負極集電タブ12e2において、図3に示したように、最内周側の負極芯体12の露出部12bの巻き外側面に超音波溶接したものであり、その他の構成は実施例1の非水電解質二次電池10Aの場合と同様にして作製した。
[Production of Battery of Example 2]
In the non-aqueous electrolyte
[比較例1の電池の作製]
比較例1の非水電解質二次電池10Cは、図4に示したように、実施例1で使用した巻き始め側の負極集電タブ12e2において、電池外装缶17の底部とは垂直となるようにしたまま先端部を電池外装缶17の底部と平行になるように折り曲げたものであり、その他の構成は実施例1の非水電解質二次電池10Aの場合と同様にして作製した。
[Production of Battery of Comparative Example 1]
As shown in FIG. 4, the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 </ b > C of Comparative Example 1 is perpendicular to the bottom of the battery outer can 17 in the negative electrode
[比較例2の電池の作製]
比較例2の非水電解質二次電池10Dは、図5に示したように、実施例1で使用した巻き始め側の負極集電タブ12e2を一度空隙部18側から遠ざかる方向に折り曲げた後、更に180°折り返したものであり、それ以降は実施例1の非水電解質二次電池10Aの場合と同様にして作製した。そのため、比較例2の非水電解質二次電池10Dでは、負極集電タブ12e2'の折り返し部の全厚さが実施例1、2及び比較例1の非水電解質二次電池10A〜10Cにおける負極タブ12e2に厚さと同等となるようにするため、負極集電タブ12e2'の厚さは前記負極集電タブ12e2の厚さの1/2とされている。
[Production of Battery of Comparative Example 2]
As shown in FIG. 5, the nonaqueous electrolyte secondary battery 10 </ b> D of Comparative Example 2 is obtained by bending the winding-side negative electrode
[内部抵抗の測定]
電池の内部抵抗は1kHz交流法で測定した。その結果を表1に纏めて示した。
[Measurement of internal resistance]
The internal resistance of the battery was measured by a 1 kHz AC method. The results are summarized in Table 1.
[ドラム試験結果]
更に、上述のようにして初期内部抵抗を測定した実施例1、2及び比較例1、2の各非水電解質二次電池についてドラム試験を行った。使用したドラムは、直径23cmの八角形で、長さが34cmのものである。このドラム内に各電池試料を5個ずつ挿入し、毎分60回転で100分間ないし200分間回転を継続した後、それぞれの場合において内部抵抗値を測定し、内部抵抗値が初期測定値の120%以上上昇した電池の個数を調べた。結果を表1にまとめて示した。試験は2回実施し、合計10個とした。
[Drum test results]
Furthermore, a drum test was performed on each of the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in which the initial internal resistance was measured as described above. The drum used was an octagon with a diameter of 23 cm and a length of 34 cm. Five battery samples were inserted into the drum, and rotation was continued at 60 rpm for 100 to 200 minutes. Then, in each case, the internal resistance value was measured, and the internal resistance value was 120, which was the initial measured value. The number of batteries increased by more than% was examined. The results are summarized in Table 1. The test was performed twice, for a total of ten.
表1に示した結果から以下のことが分かる。すなわち、実施例1、2及び比較例1の電池は共に初期内部抵抗値は等しいが、比較例2の電池は初期内部抵抗値が他のものに比して大きかった。このような現象が生じた理由は、比較例2の電池では、負極集電タブ12e2'の厚さは折り返し部を形成するために実施例1、2及び比較例1の負極集電タブ12e2の厚さの1/2とされていることから生じたものである。
From the results shown in Table 1, the following can be understood. That is, the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 had the same initial internal resistance value, but the battery of Comparative Example 2 had a larger initial internal resistance value than the others. The reason why such a phenomenon has occurred is that, in the battery of Comparative Example 2, the thickness of the negative electrode
また、100分間のドラム試験の結果によると、実施例1、2及び比較例2の電池は共に全ての試料とも内部抵抗に変化はなかったが、比較例1の電池では内部抵抗が増大したものが10個中3個も生じた。更に、200分間のドラム試験の結果によると、実施例2の電池は全て内部抵抗に変化はなかったが、実施例1及び比較例2の電池では内部抵抗が増大したものが10個中2個生じ、比較例1の電池の場合では10個中6個も内部抵抗の増大が見られた。 Further, according to the result of the drum test for 100 minutes, the batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 did not change in the internal resistance in all the samples, but the battery of Comparative Example 1 had an increased internal resistance. As a result, 3 out of 10 were produced. Furthermore, according to the result of the drum test for 200 minutes, all the batteries of Example 2 did not change in internal resistance, but the batteries of Example 1 and Comparative Example 2 had 2 of 10 batteries with increased internal resistance. As a result, in the case of the battery of Comparative Example 1, an increase in internal resistance was observed as many as 6 out of 10 batteries.
従って、巻回電極体14の巻き始め部に取り付けられた負極集電タブ12e1に、電池外装缶17との接合部分の間に弾性を有する弧形状部分12fを形成すると、外部から加わった振動等がこの弧形状部分12fで吸収されるので、電池外装缶17と負極集電タブ12e2との接合部分に外力が加わり難くなって金属疲労を防止することができ、延いては内部抵抗の増大化を抑制できることが分かる。更に、実施例1及び実施例2の結果を対比すると、巻回電極体14の巻き始め部に取り付けられた負極集電タブ12e2を、極板の巻き始め側の芯体露出部12bの巻き外側面に接合すると、より内部抵抗の増大化を抑制できることが分かる。
Therefore, if an arc-shaped
なお、比較例2の非水電解質二次電池10Dは、実施例1の非水電解質二次電池10Aの場合と同様の内部抵抗の増大化傾向を備えていることから、外部から加わった振動等が負極集電タブ12e2'の折り畳まれた部分で吸収されているものと認められる。しかしながら、比較例2の非水電解質二次電池10Dの負極集電タブ12e2'の厚さが薄いために、初期内部抵抗値は大きくなっている。この場合、負極集電タブ12e2'の厚さを増大化すれば、より初期内部抵抗値を減少させることが可能であるが、負極集電タブ12e2'の厚さが増えた分だけ電池容量の低下に繋がるので、直ちには採用できない。
The nonaqueous electrolyte
なお、上記実施例1及び2では、負極集電タブを負極極板の巻き初め側及び巻き終わり側の負極芯体の露出部に形成した例を示したが、本発明は少なくとも1つの集電タブを負極極板の巻き始め側の負極芯体の露出部に形成すれば、上述のような所定の作用効果を奏することができる。また、上記実施例1及び2では、集電タブの弾性を有する形状部分を弧形状部分12fとした例を示したが、波状とすることも可能である。
In Examples 1 and 2, the negative electrode current collecting tab is formed on the exposed portion of the negative electrode core on the winding start side and the winding end side of the negative electrode plate. However, the present invention shows at least one current collecting tab. If the tab is formed on the exposed portion of the negative electrode core on the winding start side of the negative electrode plate, the above-described predetermined effects can be obtained. Moreover, in the said Example 1 and 2, although the example which made the shape part which has the elasticity of a current collection tab the arc-shaped
また、上記実施例1及び2では、弾性を有する形状部分を負極極板の巻き始め側の集電タブに形成した例を示したが、負極極板及び正極極板の配置を逆にし、正極極板の巻き始め側の正極芯体露出部に弾性を有する形状部分を形成してもよい。しかしながら、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池においては、一般に正極極板と負極極板の対向する部分での充電容量比(負極充電容量/正極充電容量)を1よりも大きく、例えば1.1程度とすることが行われているので、負極極板が最内周側に位置するようにすると、この負極極板が最外周側にも位置するように巻回できるため、容易に負極極板の充電容量比を正極極板の充電容量比よりも大きくできるようになる。 In Examples 1 and 2, an example in which the shape portion having elasticity is formed on the current collecting tab on the winding start side of the negative electrode plate is shown. However, the arrangement of the negative electrode plate and the positive electrode plate is reversed. You may form the shape part which has elasticity in the positive electrode core exposure part of the winding start side of an electrode plate. However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery typified by a lithium ion secondary battery, the charge capacity ratio (negative electrode charge capacity / positive electrode charge capacity) at a portion where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other is generally more than 1. For example, since the negative electrode plate is positioned on the innermost peripheral side, the negative electrode plate can be wound so that it is also positioned on the outermost peripheral side. The charge capacity ratio of the negative electrode plate can be easily made larger than the charge capacity ratio of the positive electrode plate.
10A〜10D:非水電解質二次電池 11:正極極板 11a:正極芯体 11b:正極芯体 11c:巻き終わり側端部 11d:正極合剤層 11e:正極集電タブ 12:負極極板 12a:負極芯体 12b:巻き始め側端部 12c:巻き終わり側端部 12d:負極合剤層 12e1、12e2、12e2':負極集電タブ 12f:弧形状部分 13:セパレータ 14:巻回電極体 15、16:絶縁板 17:電池外装缶 18:空隙部 19:封口板 20:正極端子 21:ガスケット
10A to 10D: non-aqueous electrolyte secondary battery 11:
Claims (5)
前記巻回電極体は、
前記一方の極板の巻き始め側には、芯体露出部が形成されていると共に、前記巻き始め側の芯体露出部には巻き始め部集電タブが接合され、
前記巻き始め部集電タブは、前記巻回電極体の前記空隙部に対応する位置で電池外装缶の内側底部に当接するように折り曲げられ、前記電池外装缶の内側底部に接合されている密閉電池において、
前記巻き始め部集電タブは、前記巻回電極体の前記空隙部に弾性を有する形状部分を備えていることを特徴とする密閉電池。
A positive electrode plate having a positive electrode mixture layer formed on both sides of the positive electrode core and a negative electrode plate having a negative electrode mixture layer formed on both sides of the negative electrode core are wound with a separator interposed therebetween, and the center of the winding shaft Comprising a wound electrode body in which a gap is formed,
The wound electrode body is
On the winding start side of the one electrode plate, a core body exposed portion is formed, and a winding start portion current collecting tab is joined to the core body exposed portion on the winding start side,
The winding start portion current collecting tab is bent so as to contact the inner bottom portion of the battery outer can at a position corresponding to the gap portion of the wound electrode body, and is sealed to be joined to the inner bottom portion of the battery outer can. In batteries,
The said winding start part current collection tab is provided with the shape part which has elasticity in the said space | gap part of the said winding electrode body, The sealed battery characterized by the above-mentioned .
Priority Applications (1)
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