JP5222030B2 - Winding type secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は捲回式二次電池およびその製造方法に係り、特に、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回群と、捲回群を浸潤する電解液と、捲回群と電解液とを収容する電池容器とを備えた捲回式二次電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a wound secondary battery and a method for manufacturing the same, and in particular, a wound group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound through a separator, an electrolyte solution infiltrating the wound group, and a wound group The present invention relates to a wound secondary battery including a battery container that houses a battery and an electrolytic solution, and a method for manufacturing the same.
従来、捲回式二次電池では、正極板と負極板とをセパレータを介して断面渦巻状に捲回した捲回群が円筒形の容器に収容されている。一般に、捲回群は、捲きズレを防止するために正負極板およびセパレータにそれぞれ張力を掛けながら捲芯に捲回される。このような捲回式二次電池の中でも、円柱状リチウム二次電池は、高エネルギー密度であるメリットを活かして、VTRカメラ、ノート型パソコンまたは携帯電話等のポータブル機器に広く使用されている。また、大電流充放電用途の二次電池として、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の車載電源等にも使用されている。 Conventionally, in a wound secondary battery, a wound group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral shape through a separator is housed in a cylindrical container. In general, the wound group is wound around the core while applying tension to the positive and negative electrode plates and the separator in order to prevent twisting. Among such wound secondary batteries, cylindrical lithium secondary batteries are widely used in portable devices such as VTR cameras, notebook personal computers, and mobile phones, taking advantage of the high energy density. Moreover, it is used also as the vehicle-mounted power supply etc. of an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) as a secondary battery for large current charge / discharge applications.
大電流充放電用途の二次電池では、通常、多数個(例えば、40〜100個)の円柱状電池を直列に接続したモジュールが用いられている。ところが、隣り合う円柱状電池の間に隙間が形成されるため、モジュールの体積効率を損なう、という問題があった。この問題を解決するために、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に捲回した捲回群を直方体状の容器に収容した捲回式二次電池が開示されている(特許文献1参照)。 In a secondary battery for large current charge / discharge applications, a module in which a large number (for example, 40 to 100) of cylindrical batteries are connected in series is usually used. However, since a gap is formed between adjacent cylindrical batteries, there is a problem that the volume efficiency of the module is impaired. In order to solve this problem, for example, a wound secondary battery is disclosed in which a wound group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a flat shape via a separator is contained in a rectangular parallelepiped container ( Patent Document 1).
ところで、電池単体の体積効率を向上させるためには、捲芯を薄くすることや捲芯を使わないことが有効である。この点、特許文献1では、捲芯を使わない、いわゆる空芯の捲回群が作製され直方体状の容器に収容されている。 By the way, in order to improve the volume efficiency of a single battery, it is effective to make the core thin or not use the core. In this regard, in Patent Document 1, a so-called air core winding group that does not use a core is manufactured and accommodated in a rectangular parallelepiped container.
しかしながら、特許文献1の捲回式二次電池では、捲芯を使わないため、捲回群を支持することが難しくなる。例えば、電気自動車等の電源に用いられる電池では、振動により捲回群に捲きズレや破損が生じる可能性が高くなり、正負極板間の短絡等を起こす場合も考えられる。このため、電気自動車等の振動を考慮すれば、電池内部に捲回群を支持するための部材を有していることが望ましいが、新たな支持部材を使用すると電池単体の体積効率が低下することとなる。捲回群に用いられる捲芯を支持部材として機能させることができれば、体積効率を低下させることなく耐震性を向上させることができる。一方、上述したように、電池単体の体積効率を向上させるために捲芯を薄くすると、捲回時に正負極板およびセパレータに掛けられる張力に耐えられず捲芯が反ってしまい、適正な扁平状の捲回群が得られなくなる。捲回時に正負極板およびセパレータに掛けられる張力を弱くすれば、捲芯の反りを抑制することができるが、この場合は、振動等により捲きズレが生じる可能性が高くなる。 However, the wound secondary battery of Patent Document 1 does not use a wound core, so it is difficult to support the wound group. For example, in a battery used for a power source of an electric vehicle or the like, there is a high possibility that the winding group will be displaced or damaged due to vibration, and a short circuit between the positive and negative electrode plates may occur. For this reason, it is desirable to have a member for supporting the wound group inside the battery in consideration of vibration of an electric vehicle or the like, but when a new support member is used, the volume efficiency of the single battery is reduced. It will be. If the core used in the wound group can function as a support member, the earthquake resistance can be improved without reducing the volume efficiency. On the other hand, as described above, if the core is made thin in order to improve the volume efficiency of a single battery, the core will bend without being able to withstand the tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator during winding, and an appropriate flat shape You will not be able to get the wound group. If the tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator during winding is weakened, warpage of the core can be suppressed, but in this case, there is a high possibility that a twisting deviation occurs due to vibration or the like.
本発明は上記事案に鑑み、体積効率および耐震性を向上させることができる捲回式二次電池およびその製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a wound secondary battery capable of improving volume efficiency and earthquake resistance and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、捲回式の二次電池であって、正極板、負極板およびセパレータにそれぞれ張力を掛けるとともに、板状で不導体の捲芯に捲回軸方向の張力を掛けながら前記捲芯に前記正極板と前記負極板とを前記セパレータを介して扁平状に捲回した捲回群と、前記捲回群を浸潤する電解液と、前記捲回群と前記電解液とを収容する電池容器とを備え、前記捲芯に掛けられる張力の大きさは、前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ掛けられる張力の合計以上であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention is a wound secondary battery, in which tension is applied to each of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator, and a plate-like non-conductor core. a winding group in which the said positive electrode plate to the winding core under tension in the winding axis direction and the negative electrode plate were wound into a flat shape through the separator, and an electrolyte to infiltrate the winding assembly, The winding group and a battery container that stores the electrolyte solution , wherein the tension applied to the core is equal to or greater than the total tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator. And
第1の態様では、正極板、負極板およびセパレータにそれぞれ張力を掛けるとともに、捲芯に捲回軸方向の張力を掛けながら正極板と負極板とがセパレータを介して扁平状に捲回されており、捲芯に掛けられる張力の大きさが正負極板およびセパレータにそれぞれ掛けられる張力の合計以上であるので、捲回時の捲芯の変形が抑制されるため、捲芯を薄くして体積効率を向上させることができるとともに、捲芯に対する正負極板およびセパレータの捲きズレが抑制されるため、耐震性を向上させることができる。 In a first aspect, the positive electrode plate, with tension to the negative electrode plate and a separator, while applying a tension of the winding axis direction to the winding core and the positive and negative electrode plates are wound in a flat shape via a separator Since the tension applied to the core is equal to or greater than the total tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator, deformation of the core during winding is suppressed. The efficiency can be improved, and the segregation of the positive and negative electrode plates and the separator with respect to the core is suppressed, so that the earthquake resistance can be improved.
第1の態様において、捲芯の捲回軸方向両端部に捲回装置に捲芯を装着するための被装着部が形成されていてもよい。 1st aspect WHEREIN: The to-be-attached part for mounting | wearing a winding core with a winding apparatus may be formed in the winding axial direction both ends of a winding core .
また、本発明の第2の態様は、第1の態様の捲回式二次電池の製造方法であって、捲回装置に板状で不導体の捲芯を装着する装着ステップと、前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ張力を掛けるとともに、前記捲芯に捲回軸方向の張力を掛けながら該捲芯に前記正極板と負極板とを前記セパレータを介して扁平状に捲回する捲回ステップと、を含み、前記捲回ステップでは、前記捲芯に掛ける張力の大きさを、前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ掛ける張力の合計以上とすることを特徴とする。この場合において、装着ステップで、捲芯の捲回軸方向両端部に形成された被装着部と、捲回装置に設けられた装着部とを当接させ装着してもよい。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a wound secondary battery according to the first aspect, wherein a mounting step of mounting a plate-like, non-conductive core on the winding device; Winding that applies tension to each of the negative electrode plate and the separator and winds the positive electrode plate and the negative electrode plate in a flat shape through the separator while applying tension in the winding axis direction to the core. It viewed including the steps, and in the winding step, the magnitude of the tension applied to the said winding core, characterized in that said positive and negative electrode plates and the separator to the sum over tension multiplied respectively. In this case, in the mounting step, the mounted portions formed at both ends of the winding core in the winding axis direction and the mounting portions provided in the winding device may be brought into contact with each other.
本発明によれば、正極板、負極板およびセパレータにそれぞれ張力を掛けるとともに、捲芯に捲回軸方向の張力を掛けながら正極板と負極板とがセパレータを介して扁平状に捲回されており、捲芯に掛けられる張力の大きさが正負極板およびセパレータにそれぞれ掛けられる張力の合計以上であるので、捲回時の捲芯の変形が抑制されるため、捲芯を薄くして体積効率を向上させることができるとともに、捲芯に対する正負極板およびセパレータの捲きズレが抑制されるため、耐震性を向上させることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention , the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are each tensioned, and the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound in a flat shape through the separator while applying tension in the winding axis direction to the core. Since the tension applied to the core is equal to or greater than the total tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator, deformation of the core during winding is suppressed. The efficiency can be improved, and the positive and negative electrode plates and the separator are prevented from slipping with respect to the core, so that the effect of improving the earthquake resistance can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明を適用した扁平形リチウム二次電池の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a flat lithium secondary battery to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(構成)
本実施形態の扁平形リチウム二次電池20は、図1に示すように、直方体状でアルミニウム合金製の電池缶(電池容器の一部)11を有している。電池缶11の内部には、捲回群1が収容されている。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the flat lithium
図2に示すように、捲回群1は、板状で不導体の捲芯4を有している。捲芯4の中央部には、正負極板がセパレータを介して扁平状に捲回されている。この正負極板およびセパレータが電極群2を構成している。電極群2の最外周に位置するセパレータの端部は、捲き解けを防ぐために捲止めテープ3で固定されている。捲回群1の捲回時には、正負極板とセパレータとにそれぞれ張力を掛けるとともに、捲芯4に捲回軸方向の張力を掛けながら捲回されている。このとき、捲芯4に掛けられる張力の大きさは、正負極板とセパレータとにそれぞれ掛けられる張力の合計以上に設定されている。捲芯4は、本例では、捲回軸方向の長さが100mm、捲回方向の幅が74mm、厚さが2mmの板状で、ポリプロピレン製の電気絶縁性部材が用いられており、捲回方向端部にはセパレータ等の破断を防止するためにR付けがなされている。捲芯4の捲回軸方向両端部には、捲回装置に装着するための円形状の開孔(被装着部)5がそれぞれ2箇所ずつ、計4箇所に形成されており、いずれも捲芯4を貫通している。2箇所の開孔5は、捲回軸に対して線対称の位置にそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 2, the wound group 1 has a plate-like and
図1に示すように、電池缶11の内底面には、アルミニウム合金製の図示を省略した正極集電板が接合されている。正極集電板の中央部上面には、捲芯4の捲回軸方向下端が接着固定されている。また、一端部が正極板に接合された正極リード板15の他端部が正極集電板の周縁部上面に接合されている。従って、電池缶11が正極外部端子を兼ねている。
As shown in FIG. 1, a positive electrode current collector plate (not shown) made of an aluminum alloy is joined to the inner bottom surface of the battery can 11. The lower end in the winding axis direction of the
また、電池缶11の上部には、断面ハット状で銅製の電池蓋10が配置されている。電池蓋10の外縁部上側には矩形状の平板で中央部に矩形状の開孔が形成されたアルミニウム合金製の上蓋12が配置され、上蓋12の外縁が電池缶11と溶接されている。電池蓋10は、上蓋12の内縁部と、その内縁部の下側に固定された断面L字状の部材とに、プロピレン樹脂製のインシュレータ13を介して挟まれている。換言すると、電池蓋10はインシュレータ13、上蓋12を介して電池缶11上部に固定されている。捲芯4の捲回軸方向上端には、電池蓋10の中央部下面が接着固定されており、電池蓋10の周縁部下面には、一端部が負極板に接合された負極リード板14の他端部が接合されている。従って、電池蓋10の上部に突出した突出部が負極外部端子を兼ねている。
In addition, a
電極群2を構成する正極板は、帯状で厚さ20μmのアルミニウム合金箔の両面に正極活物質のマンガン酸リチウムを含む合剤が塗着されている。アルミニウム合金箔の長手方向に沿う一側には、合剤の無塗着部が形成されている。この無塗着部には、正極リード板15が接合されている。一方、負極板には、帯状で厚さ10μmの銅箔の両面に負極活物質の非晶質炭素粉末を含む合剤が塗着されており、長手方向に沿う一側に合剤の無塗着部が形成されている。この無塗着部には、正極板と同様に負極リード板14が接合されている。セパレータには、帯状で厚さ25μmのポリエチレン製の微多孔膜が用いられている。正極リード板15および負極リード板14は、電極群2の互いに反対側に配設されている。
The positive electrode plate constituting the
上蓋12の外縁が電池缶11の上端面に溶接されており、リチウム二次電池20は密封されている。また、電池缶11内には、電極群2全体を浸潤可能な量の図示しない非水電解液が注液されている。非水電解液には、有機溶媒のエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とを体積比1:2の割合で混合した混合溶媒中へ六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの濃度で溶解したものが用いられている。
The outer edge of the
(リチウム二次電池の製造)
リチウム二次電池20は、正負極合剤を調製し正負極板を作製する準備工程と、捲回装置に捲芯4を装着し正負極板をセパレータを介して捲回する捲回工程と、捲回群1を電池缶11に収容しリチウム二次電池20を完成する組み立て工程とで製造される。以下、工程順に説明する。
(Manufacture of lithium secondary batteries)
The lithium
準備工程では、正極活物質のマンガン酸リチウム粉末と、導電材の鱗片状黒鉛と、結着剤のポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)とを質量比85:10:5の割合で混合して正極合剤を調製する。粘度調整溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記する。)を用い、正極合剤を略均一に混練して合剤スラリーを調製する。アルミニウム合金箔の両面に合剤スラリーを塗布する。乾燥後、プレスし、合剤の塗着部の幅を86mm、無塗着部の幅を17mmに切断して正極板を作製する。また、負極活物質の非晶質炭素粉末と、結着剤のPVDFとを質量比90:10の割合で混合して負極合剤を調製する。NMPを用い負極合剤を略均一に混練して合剤スラリーを調製する。帯状の銅箔の両面に合剤スラリーを塗布し、乾燥後、プレスし、塗着部の幅を88mm、無塗着部の幅を15mmに切断して負極板を作製する。作製した正負極板をそれぞれフープ状に捲き取る。 In the preparation step, lithium manganate powder as the positive electrode active material, flaky graphite as the conductive material, and polyvinylidene fluoride as the binder (hereinafter abbreviated as PVDF) at a mass ratio of 85: 10: 5. A positive electrode mixture is prepared by mixing. Using N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) as the viscosity adjusting solvent, the positive electrode mixture is kneaded substantially uniformly to prepare a mixture slurry. The mixture slurry is applied to both sides of the aluminum alloy foil. After drying, pressing is performed to cut the width of the coated portion of the mixture to 86 mm and the width of the uncoated portion to 17 mm to produce a positive electrode plate. Moreover, the negative electrode mixture is prepared by mixing the amorphous carbon powder of the negative electrode active material and the PVDF of the binder at a mass ratio of 90:10. A negative electrode mixture is kneaded substantially uniformly using NMP to prepare a mixture slurry. The mixture slurry is applied to both sides of the strip-shaped copper foil, dried and pressed, and the width of the coated portion is cut to 88 mm and the width of the non-coated portion is cut to 15 mm to produce a negative electrode plate. Each of the produced positive and negative electrode plates is scraped off into a hoop shape.
捲回工程は、捲回装置に捲芯4を装着する装着ステップと、セパレータの捲回始端部を捲芯4に固定して、正負極板をセパレータを介して捲回する捲回ステップとで構成される。
The winding process includes an attaching step for attaching the winding
ここで、捲回装置について説明する。捲回装置は、捲芯4を捲回軸方向両端部で固定するための一対の治具を有している。図3に示すように、治具6は、捲芯4の捲回軸方向両端部を挿入するための間隙が形成された断面コ字状に形成されている。間隙の間隔は、捲芯4の厚さに応じて任意に設定可能である。また、治具6には、間隙に捲芯4を挿入したときに、捲芯4に形成された開孔5の位置に合うように開孔5と同形状の開孔が形成されている。捲芯4を治具6に固定するときには、ピン7が用いられる。ピン7は、捲芯4の開孔5および治具6の開孔に合った形状の突部と治具6に固定するための固定部とを有する断面T字状に形成されている。ピン7の固定部は、突部より大きい径で形成されている。治具6の一側の開孔部には、ピン7の固定部を嵌合可能なくぼみが設けられている。また、捲回装置は、捲芯4に捲回軸方向Tの張力を掛ける機構と治具6を捲回方向Rに回転させる機構とを備えている。捲回軸方向Tに掛ける張力や捲回方向Rの回転速度は、任意に設定可能である。
Here, the winding device will be described. The winding device has a pair of jigs for fixing the winding
装着ステップでは、上述した捲回装置の治具6の間隙に捲芯4の捲回軸方向両端部を挿入する。捲芯4の開孔5および治具6の開孔にピン7の突部を挿入する。このとき、ピン7の固定部を治具6のくぼみに嵌合させる。
In the mounting step, both ends of the winding
捲回ステップでは、2枚のセパレータの捲回始端部を捲芯4に熱溶着などで固定する。2枚のセパレータにそれぞれ5Nの張力を掛けるとともに、捲芯4に捲回軸方向Tに10〜100Nの範囲で張力を掛けながらセパレータを捲芯4に2〜3周程度捲回する。捲芯4の捲回軸方向反対側に正負極板の合剤無塗着部がそれぞれ位置するように、正極板および負極板の捲回始端部をそれぞれセパレータ間に挟み込む。正極板および負極板にそれぞれ8N、2枚のセパレータにそれぞれ5Nの張力を掛けるとともに、捲芯4に捲回軸方向Tに10〜100Nの範囲で張力を掛けながら正極板および負極板をセパレータを介して捲芯4に捲回する。所望の長さの正極板および負極板を捲回した後、正極板および負極板を切断する。セパレータのみを2〜3周程度捲回した後、セパレータを切断する。セパレータの捲回終端部を捲止めテープ3で固定する。
In the winding step, the winding start end portions of the two separators are fixed to the
組み立て工程では、電極群2の捲回軸方向両端に位置する正極板および負極板の合剤無塗着部にそれぞれ、正極リード板15および負極リード板14の一端部を接合する。図示を省略した正極集電板の中央部上面に捲芯4の捲回軸方向下端を接着固定する。正極集電板の外縁部上面に正極リード板15の他端部を接合する。同様に負極リード板14の他端部を電池蓋10の外縁部下面に接合する。捲回群1を電池缶11に収容し、正極集電板の下面を電池缶11の内底面に接合する。非水電解液を注液後、電池蓋10をインシュレータ13を介して電池缶11の上部に配置するとともに、電池蓋10の中央部下面を捲芯4の捲回軸方向上端に接着固定する。上蓋12の外縁を電池缶11の上端面に溶接して、リチウム二次電池20を密封して完成させる。
In the assembling process, one end portions of the positive
次に、本実施形態に従い作製したリチウム二次電池20の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例についても併記する。
Next, examples of the lithium
(参考例1、参考例2、実施例3〜実施例6)
参考例1、参考例2、実施例3〜実施例6では、下表1に示すように、捲芯4に掛ける捲回軸方向Tの張力の大きさ(以下、捲芯張力と呼称する。)を変化させてリチウム二次電池20を作製した。捲芯張力は、それぞれ、参考例1では10N、参考例2では20N、実施例3では30N、実施例4では50N、実施例5では70N、実施例6では100Nに設定した。
( Reference Example 1, Reference Example 2, Example 3 to Example 6)
In Reference Example 1, Reference Example 2, and Examples 3 to 6, as shown in Table 1 below, the magnitude of tension in the winding axis direction T applied to the core 4 (hereinafter referred to as core tension). ) Was changed to produce a lithium
(比較例)
比較例では、実施例3と同様にして捲回群を作製した後、捲芯を抜き取ってからリチウム二次電池を作製した。
(Comparative example)
In the comparative example, a wound group was prepared in the same manner as in Example 3, and then the core was taken out to prepare a lithium secondary battery.
(評価)
各実施例、参考例および比較例のリチウム二次電池をそれぞれ50個ずつ作製して、それぞれ満充電状態まで充電した。各実施例、参考例および比較例のリチウム二次電池について、振動試験機(エミック株式会社製、F1400BDH/LA−E型)を用いて、10G・100時間の振動試験を行い、振動試験時の短絡発生率、発煙発生率および発火発生率を測定した。各測定結果を表1に合わせて示す。各発生率は、それぞれ、実施例、参考例および比較例のリチウム二次電池50個に対する短絡、発煙および発火の割合を表す。
(Evaluation)
Fifty lithium secondary batteries of each of the examples , reference examples, and comparative examples were produced, and each was charged to a fully charged state. About the lithium secondary battery of each example , reference example, and comparative example, using a vibration tester (Emic Co., Ltd., F1400BDH / LA-E type), a vibration test of 10G · 100 hours was performed, Short-circuit occurrence rate, smoke generation rate and ignition rate were measured. Each measurement result is shown in Table 1. Each occurrence rate represents a ratio of short circuit, smoke generation, and ignition with respect to 50 lithium secondary batteries of Examples , Reference Examples, and Comparative Examples.
比較例の電池では、捲芯を持たないため、捲回群を支えることが困難になり、振動試験中に全てのリチウム二次電池に短絡が発生し、発煙または発火に至った。一方、参考例1のリチウム二次電池20では、捲芯4の反りが大きく、著しい捲きズレが発生して捲回を行えなかった。これは、捲芯張力が小さすぎたためと考えられる。参考例2のリチウム二次電池20では、捲きズレが発生しており、このため振動試験中に28%に短絡が発生して、12%(8%+4%)が発煙または発火に至った。これに対して、実施例3〜実施例6のリチウム二次電池20では、振動試験終了時においても全く異常が認められなかった。
Since the battery of the comparative example did not have a core, it was difficult to support the wound group, and a short circuit occurred in all the lithium secondary batteries during the vibration test, resulting in smoke or ignition. On the other hand, in the lithium
比較例、参考例2および実施例3〜実施例6の結果から、捲芯張力を掛けることで捲きズレが抑制されることが明らかになった。しかしながら、参考例2のリチウム二次電池20では、捲芯張力が小さいため捲きズレが発生した。これに対して、実施例3〜実施例6のリチウム二次電池20では、捲きズレが発生しなかった。従って、捲芯張力を30N以上、すなわち、正極板と負極板とセパレータとにそれぞれ掛けられる張力の合計(8+8+5+5=26N)以上に設定することで、振動に対して捲回群1の捲きズレや破損が生じにくい高耐震性のリチウム二次電池20を製造できることが明らかになった。また、捲芯4を薄くしても適正な扁平状の捲回群が得られ、リチウム二次電池20の体積効率を向上できることが明らかになった。
From the results of Comparative Example , Reference Example 2 and Examples 3 to 6, it was revealed that the twisting deviation was suppressed by applying the core tension. However, in the lithium
(作用等)
次に、本実施形態のリチウム二次電池20の作用等について説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the lithium
本実施形態のリチウム二次電池20では、捲回群1の捲回時に正負極板およびセパレータにそれぞれ張力を掛けるともに、捲芯4に捲回軸方向Tの張力を掛けながら捲回されている。このため、捲回時に捲芯4の変形が抑制され、捲芯4を薄くしても適正な扁平状の捲回群1が得られる。この結果、リチウム二次電池20の体積効率を向上させることができる。
In the lithium
また、本実施形態のリチウム二次電池20では、捲芯4に掛けられる捲回軸方向Tの張力の大きさが、正負極板およびセパレータにそれぞれ掛けられる張力の合計以上に設定されている。捲芯に対する正負極板およびセパレータの捲きズレが抑制されるため、耐震性を向上させることができる(実施例3〜実施例6参照)。
Moreover, in the lithium
更に、本実施形態のリチウム二次電池20では、捲芯4に不導体が用いられている。このため、捲芯4の捲回軸方向両端をそれぞれ電池蓋10および図示を省略した正極集電板に接着固定しても、短絡を防止することができる。従って、捲芯4の上部と下部とが電池缶11内で固定されるので、捲芯4で捲回群1を支持することができ、振動が加わっても捲回群1の捲きズレや破損が抑制される。この結果、リチウム二次電池20の耐震性を一層向上させることができる。
Furthermore, in the lithium
また更に、本実施形態のリチウム二次電池20では、捲芯4の捲回軸方向両端部に被装着部としての開孔5が形成されている。このため、捲芯4の開孔5および捲回装置の治具6の開孔にピン7を挿入することで容易かつ確実に捲芯4を捲回装置に装着できる。これにより、捲芯4に捲回軸方向Tの張力を掛けるときに、捲芯4が捲回装置から外れることなく、略均等に張力をかけることができる。従って、薄板状の捲芯4を用いても捲芯4が反るなどの変形を起こすことなく、振動が加わっても捲回群1に捲きズレが生じないように正負極板およびセパレータに適切な張力を掛けることができる。この結果、リチウム二次電池20の耐震性を向上させることができる。
Furthermore, in the lithium
なお、本実施形態では、捲芯4の捲回軸方向両端部に被装着部として円形状の開孔5が形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、捲芯4に形成された被装着部と捲回装置に設けられた装着部とを当接させ装着することができればよい。例えば、図4に示すように、開孔5に代えて捲芯4の捲回軸方向両端部に溝8を形成してもよい。この場合、捲回装置の治具6には、突部9を形成しておく。突部9と溝8とを嵌合させることで捲回装置に捲芯4を装着することができる。
In addition, in this embodiment, although the
また、本実施形態では、捲芯4として厚さ2mmのポリプロピレン製で板状の不導体を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。捲芯4としては、非水電解液に耐性があり、正極と負極とを短絡させないような不導体が好ましい。このような材質として、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエチレン等を挙げることができる。リチウム二次電池20の軽量化および体積効率の向上を考慮すると、軽量で、可能な限り薄い捲芯を用いることが望ましい。
Moreover, in this embodiment, although the plate-shaped nonconductor made from a polypropylene with a thickness of 2 mm was illustrated as the
更に、本実施形態では、正極板と負極板とセパレータとに掛ける張力および捲芯4に掛ける張力の一例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。正極板と負極板とセパレータとに掛ける張力は、正負極板およびセパレータの破損を考慮すると、捲きズレの発生を抑えることができる適切な張力にすることが望ましい。また、捲芯4の破損を考慮すると、捲芯4の捲回軸方向Tに掛ける張力は、正極板と負極板とセパレータとに掛ける張力の合計以上の大きさの適切な張力にすることが望ましい。
Furthermore, in this embodiment, although an example of the tension | tensile_strength applied to a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator and the tension | tensile_strength applied to the
また更に、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リチウム含有複酸化物であればよい。本実施形態以外で使用することができる正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム、また、結晶中のマンガンやリチウムの一部をそれら以外の元素、例えば、Fe、Co、Ni、Cr、Al、Mg、等の元素で置換又はドープした組成の異なるリチウム含有複酸化物を用いてもよい。また、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル型、層状型、オリビン型のいずれの結晶構造を有していてもよい。また、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素材を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リチウム二次電池に使われるものであればよい。本実施形態以外で使用することができる負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維等の黒鉛系炭素材などを使用することができる。また、非水電解液、導電材および結着剤等についても特に制限はなく、通常、リチウム二次電池に使用される材料を用いてもよいことはもちろんである。 Furthermore, in the present embodiment, lithium manganate is exemplified as the positive electrode active material, but the present invention is not limited to this, and any lithium-containing complex oxide may be used. Examples of the positive electrode active material that can be used other than in the present embodiment include lithium cobaltate and lithium nickelate, and manganese and lithium in the crystal as other elements such as Fe, Co, and Ni. Lithium-containing double oxides having different compositions substituted or doped with elements such as Cr, Al, Mg, etc. may be used. The crystal structure is not particularly limited, and may have any crystal structure of spinel type, layered type, and olivine type. In the present embodiment, an amorphous carbon material is exemplified as the negative electrode active material, but the present invention is not limited to this, and any material may be used as long as it is used for a lithium secondary battery. As a negative electrode active material that can be used other than the present embodiment, for example, a graphite-based carbon material such as natural graphite, artificial graphite, or vapor-grown carbon fiber can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about a non-aqueous electrolyte, a electrically conductive material, a binder, etc. Of course, you may use the material normally used for a lithium secondary battery.
更にまた、本実施形態では、電気自動車用等の電源に用いられる比較的大型のリチウム二次電池20を例示したが、本発明は正負極板をセパレータを介して扁平状に捲回した捲回式二次電池であれば適用可能である。例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等に適用することもでき、電池の種類や電池容量、サイズ、形状等にも制限されるものではない。更に、本発明の適用可能な電池の構造としては、上述した電池蓋10が負極端子、電池缶11が正極端子をそれぞれ兼ねる構造の電池以外であっても構わない。このような構造の一例として、例えば、電池蓋10が正極端子、電池缶11が負極端子をそれぞれ兼ねる電池構造を挙げることができる。
Furthermore, in the present embodiment, a relatively large lithium
本発明は、体積効率および耐震性を向上させることができる捲回式二次電池およびその製造方法を提供するため、捲回式二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention contributes to the manufacture and sale of wound secondary batteries in order to provide a wound secondary battery that can improve volumetric efficiency and earthquake resistance, and its manufacturing method. Have sex.
1 捲回群
4 捲芯
5 開孔(被装着部)
10 電池蓋(電池容器の一部)
11 電池缶(電池容器の一部)
12 上蓋(電池容器の一部)
20 扁平形リチウム二次電池(捲回式二次電池)
1 winding
10 Battery cover (part of battery container)
11 Battery can (part of battery container)
12 Upper lid (part of the battery case)
20 Flat lithium secondary battery (winding type secondary battery)
Claims (4)
前記捲回群を浸潤する電解液と、
前記捲回群と前記電解液とを収容する電池容器と、
を備え、
前記捲芯に掛けられる張力の大きさは、前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ掛けられる張力の合計以上であることを特徴とする捲回式二次電池。 The positive electrode plate, with tension to the negative electrode plate and a separator, and the said positive electrode plate to the winding core under tension in the winding axis direction to the winding core of the non-conductive plate-shaped negative electrode plate via the separator A wound group wound in a flat shape;
An electrolyte solution infiltrating the wound group;
A battery container containing the wound group and the electrolyte;
Equipped with a,
The wound secondary battery according to claim 1, wherein the tension applied to the core is equal to or greater than the total tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator .
捲回装置に板状で不導体の捲芯を装着する装着ステップと、
前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ張力を掛けるとともに、前記捲芯に捲回軸方向の張力を掛けながら該捲芯に前記正極板と負極板とを前記セパレータを介して扁平状に捲回する捲回ステップと、
を含み、
前記捲回ステップでは、前記捲芯に掛ける張力の大きさを、前記正負極板および前記セパレータにそれぞれ掛ける張力の合計以上とすることを特徴とする製造方法。 A method for manufacturing a wound secondary battery according to claim 1 or 2 ,
A mounting step of mounting a non-conductive core in the form of a plate on the winding device;
While applying tension to each of the positive and negative electrode plates and the separator, and winding the positive electrode plate and the negative electrode plate in a flat shape through the separator while applying tension in the winding axis direction to the core. Winding step,
Only including,
In the winding step, the magnitude of the tension applied to the core is equal to or greater than the total tension applied to the positive and negative electrode plates and the separator .
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