特許第6865596号(P6865596)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ マクセルホールディングス株式会社の特許一覧
<>
  • 特許6865596-リチウム二次電池 図000003
  • 特許6865596-リチウム二次電池 図000004
  • 特許6865596-リチウム二次電池 図000005
  • 特許6865596-リチウム二次電池 図000006
  • 特許6865596-リチウム二次電池 図000007
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6865596
(24)【登録日】2021年4月8日
(45)【発行日】2021年4月28日
(54)【発明の名称】リチウム二次電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 10/0587 20100101AFI20210419BHJP
   H01M 10/052 20100101ALI20210419BHJP
   H01M 10/0566 20100101ALI20210419BHJP
   H01M 50/10 20210101ALI20210419BHJP
   H01M 50/531 20210101ALI20210419BHJP
【FI】
   H01M10/0587
   H01M10/052
   H01M10/0566
   H01M2/02 A
   H01M2/26 A
【請求項の数】7
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2017-16523(P2017-16523)
(22)【出願日】2017年2月1日
(65)【公開番号】特開2017-188430(P2017-188430A)
(43)【公開日】2017年10月12日
【審査請求日】2019年11月26日
(31)【優先権主張番号】特願2016-70117(P2016-70117)
(32)【優先日】2016年3月31日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005810
【氏名又は名称】マクセルホールディングス株式会社
(72)【発明者】
【氏名】中村 祐介
(72)【発明者】
【氏名】上剃 春樹
(72)【発明者】
【氏名】木部 昌明
【審査官】 結城 佐織
(56)【参考文献】
【文献】 特開2007−172975(JP,A)
【文献】 国際公開第2013/031981(WO,A1)
【文献】 特開2014−053217(JP,A)
【文献】 特開平11−283668(JP,A)
【文献】 特開2005−243336(JP,A)
【文献】 特開2014−127242(JP,A)
【文献】 特開2006−093112(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 10/0587
H01M 10/052
H01M 10/0566
H01M 50/10
H01M 50/531
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
有底筒状の電池ケースと、
電池ケース内に帯状の正極と負極がセパレータを介して渦巻き状に巻回されてなる扁平状巻回電極体および非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、
前記電池ケースは底部、側面部、開口部とを有し、
前記開口部は前記封口体で閉塞されており、
前記扁平状巻回電極体は、対向する2つの端面と、対向する2つの幅広面とを有し、
前記扁平状巻回電極体は、一方の端面を前記底部側に、他方の端面を前記開口部側に配置するよう、前記電池ケース内へ収納されており、
前記扁平状巻回電極体は、前記開口部側の前記端面と、前記2つの幅広面とが、テープによって固定されており、
前記電池ケースの肉厚をc(mm)とし、前記リチウム二次電池の質量をm(g)とした時、m/c>150であるリチウム二次電池。
【請求項2】
電池ケースの肉厚cは、0.27mm以下である請求項1に記載のリチウム二次電池。
【請求項3】
m/c>170である請求項1に記載のリチウム二次電池。
【請求項4】
前記正極は、正極リード体を有し、
前記負極は、負極リード体を有し、
前記正極リード体と前記負極リード体とは、前記扁平状巻回電極体の前記開口部側の前記端面から突出するように配置されている請求項1に記載のリチウム二次電池。
【請求項5】
前記テープは、前記正極リード体と前記負極リード体との間の前記端面を覆う様に配置される請求項4に記載のリチウム二次電池。
【請求項6】
前記正極リードおよび前記負極リードのうち、一方は前記扁平状巻回電極体の巻回最内周側に配置され、他方は前記扁平状巻回電極体の巻回最外周側に配置される請求項4に記載のリチウム二次電池。
【請求項7】
体積当たりのエネルギー密度が、550Wh/L以上である請求項1または4に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池ケース内に扁平状巻回電極体が封入されたリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、電池ケース内に電極体が封入された密閉型電池が知られている。このような密閉型電池として、例えば特許文献1には、正極リード体を有する正極と負極リード体を有する負極とが、セパレータを介し、かつ前記正極リード体と前記負極リード体とが同方向に突出するように重ねられ、渦巻状に巻回されてなる扁平状巻回電極体が電池ケースに封入されてなり、前記セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有しており、前記扁平状巻回電極体は、前記正極リード体および前記負極リード体が突出している端面と、互いに対向し他の面よりも幅の広い2枚の側面とがテープによって固定されており、前記電池ケースの幅が40mm以上であることを特徴とするリチウム二次電池が開示されている。これにより、極度の高温下での安全性に優れたリチウム二次電池を提示している。
【0003】
また、特許文献2には、第1電極板と第2電極板との間にセパレータが積層されて巻き取られた電極組立体について、第1電極タップと第2電極タップ缶距離に対して1/2以上の幅を持つ電極組立体変形防止体(接着テープ)が配置されているリチウム二次電池が開示されている。これにより、電極組立体の膨張現象を防止することを提示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2014−127242号公報
【特許文献2】特開2006−93112号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述のように巻回電極体を用いたリチウム二次電池について、体積当たりのエネルギー密度を向上させることが求められている。体積当たりのエネルギー密度を向上させるためには、種々の手段が考えられるが、その一つとして電池ケースの肉厚を薄くすることが考えられる。電池ケースの肉厚を薄くすれば、充放電に寄与する部材(正極や負極等)を同体積でより多く搭載できるようになるため、エネルギー密度が向上する。
【0006】
一方で、電池ケースの肉厚が薄くなると、電池ケースそのものの強度が低下し、特に開口部付近が脆弱になるという問題があった。例えば、落下試験を行うと、脆弱な開口部付近が変形し、それ故に巻回電極体の端部からセパレータ等がめくれたり、端部が潰れたりすることでリチウム二次電池の短絡が発生することがあった。
【0007】
また、電池ケースの開口部付近の変形は、電池の重量が大きいと顕著に発生し、電池ケースの肉厚と電池質量との関係が、落下試験時の内部短絡の発生数に大きく影響することが、本発明の発明者らの検討でわかった。
【0008】
本発明は、落下衝撃を受けても内部短絡の発生を抑制できるリチウム二次電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、有底筒状の電池ケースと、電池ケース内に帯状の正極と負極がおよびセパレータを介して渦巻き状に巻回されてなる扁平状巻回電極体および非水電解液を備えたリチウム二次電池であって、前記電池ケースは底部、側面部、開口部とを有し、前記開口部は前記封口体で閉塞されており、前記扁平状巻回電極体は、対向する2つの端面と、対向する2つの幅広面とを有し、前記扁平状巻回電極体は、一方の端面を前記底部側に、他方の端面を前記開口部側に配置するよう、前記電池ケース内へ収納されており、前記扁平状巻回電極体は、前記開口部側の前記端面と、前記2つの幅広面とが、テープによって固定されており、前記電池ケースの肉厚をc(mm)とし、前記リチウム二次電池の質量をm(g)とした時、m/c>150であることを特徴とする。これにより、エネルギー密度が高くても落下しても内部短絡の発生を抑制できるリチウム二次電池とすることが出来る。
【0010】
本発明は、電池ケースの肉厚cが0.27mm以下の時に適用するのが好ましい。発生しやすい内部短絡をより抑制することが出来るからである。
【0011】
本発明は、m/c>170の時に、適用するのが好ましい。更に発生しやすい内部短絡をより抑制することが出来るからである。
【0012】
本発明は、正極は、正極リード体を有し、負極は、負極リード体を有し、正極リード体と負極リード体とは、前記扁平状巻回電極体の前記開口部側の前記端面から突出するように配置されているリチウム二次電池にも適用することが出来る。また、その場合に、本発明のテープは、正極リード体と前記負極リード体との間の前記端面を覆う様に配置することが可能である。
【0013】
また、本発明は、正極リードおよび前記負極リードのうち、一方は前記扁平状巻回電極体の巻回最内周側に配置され、他方は前記扁平状巻回電極体の巻回最外周側に配置されるリチウム二次電池の場合に適用するのが好ましい。発生しやすい内部短絡をより抑制することが出来るからである。
【0014】
本発明は、体積当たりのエネルギー密度が550Wh/L以上の時に、適用するのが好ましい。発生しやすい内部短絡をより抑制することが出来るからである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、落下衝撃を受けても内部短絡の発生を抑制できるリチウム二次電池とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の実施態様の一例を示す、外観斜視図である。
図2】本発明の実施態様の一例の製造過程を示す図である。
図3】本発明の実施態様の一例を示す、正面図である。
図4】本発明の課題を説明する図である。
図5】本発明の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明者らは、リチウム二次電池(以下、電池との記載する)の封口体側(電池ケース開口側)を下面にした時の落下試験について、電池ケースの肉厚と電池質量との関係において、電池の短絡の起きやすい条件があることを発見した。
【0018】
その条件とは、電池の質量m(g)を電池ケースの肉厚c(mm)で除した時の値が150よりも大きい(m/c>150)時に、落下試験において電池の短絡が起きる頻度が高くなることを発見した。これについて第1の実施態様を用いて説明する。
【0019】
(第1の実施態様)
図1は本発明の実施態様の一例の角型リチウム二次電池の斜視図である。リチウム二次電池1は、有底筒状の電池ケース2と、封口体3とを有する。電池ケース2および封口体3はアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、本実施形態では電池ケース2および封口体3は正極と接続されて外装体全体の極性が正極である。
【0020】
電池ケース2は底部11、側面部12、13、および開口部14を有する。開口部14は封口体3で閉塞されており、一般にレーザー溶接などで封口される。側面部はそれぞれ一対の幅広側面部13と幅狭側面部12とで構成されており、幅広側面部13同士をつなぐように幅狭側面部12が存在する。封口体3には注液孔が設けられており、注液孔を介して非水電解液を注入する。その後、注液孔を封止するために注液栓31が配置されている。更に、必要に応じてベント32を設けてもいい。
【0021】
リチウム二次電池1は、電池ケース2の各側面部、底部および封口体とで形成する開口部側角部21、22と底部側角部23、24を有する。
【0022】
また、封口体3は負極端子33を備えている。負極端子33は封口体3と絶縁部材で絶縁されており、後述する負極リードと電気的に接続されている。
【0023】
図2は電池ケース内に収納される巻回電極体を示す。巻回電極体は、帯状の負極60、正極70、セパレータ80とを重ねて、巻回軸をPとして巻回される。帯状の負極60は、負極集電体61上に負極合剤層62と負極リード体6を備えている。帯状の正極70は、正極集電体71上に正極合剤層72と正極リード体7を備えている。本実施形態では、巻回体最内周側に負極リード体6を、巻回体最外周側に正極リード体7を配置している。図2のように巻回後、押圧することで扁平状巻回電極体となる。
【0024】
負極60は、負極活物質を含有する負極活物質層62を、銅等の金属箔製の負極集電体61上に設けたものである。詳しくは、負極60は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤を、銅箔などからなる負極集電体61上に塗布して乾燥させた後、ローラ等によって厚み方向に加圧することによって形成される。その後、ニッケルや銅等の負極リード体6をレーザー溶接などにより固定する。
【0025】
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料(黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など)を用いるのが好ましい。負極活物質は、上述の物質に限られない。
【0026】
正極70は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体71上に塗布して乾燥させた後、ローラ等によって厚み方向に加圧することによって形成される。その後、アルミニウム等の正極リード体7をレーザー溶接などにより固定する。
【0027】
正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物やLiMnなどのリチウムマンガン酸化物、LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、1種類の物質のみを用いてもよいし、2種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質に限られない。
【0028】
セパレータ80は、従来から知られているリチウム二次電池などの電気化学素子で使用されているポリオレフィン製の微多孔質膜などを用いることができる。
【0029】
図3は電池ケース2の幅広側面部13を正面にして、電池ケースを透過させた状態を示している。扁平状巻回電極体4は、対向する2つの幅広面43と対向する2つの端面(開口部側端面41と底部側端面42)を有する。図3では省略しているが、開口部側端面41と封口体3との間に、上部絶縁体を配置しても良い。
【0030】
扁平状巻回電極体4の開口部側端面41からは、負極リード体6および正極リード体7が突出している。負極リード体6は負極端子33と、正極リード体7は封口体と、それぞれ電気的に接続されている。正極リード体7と負極リード体6との間には、一方の幅広面43から開口部側端面41、更に他方の幅広面43に渡って、テープ5を貼ることで固定されている。
【0031】
一般に、電池の落下試験は、リチウム二次電池の6面(図1では封口体3がある面、底部11、2つの幅広側面部、2つの幅狭側面部)と4角(図1では角部21、22、23、24)がそれぞれ衝撃を受けるように、衝撃を受ける面を下にして、所定の高さ(例えば、1.8mの高さ)から平面上にそれぞれ複数回落下させ、その後液漏れの有無や電圧の変化、発熱等を確認するものである。
【0032】
この時、封口体がある面や開口部側角部を下にして落下させたときに、電池ケースの開口部付近が顕著に変形する場合があることが分かった。図4を用いて説明する。図4は電池ケースの幅狭側面部側から見た断面図であり、封口体3のある面を下にした図である。尚、電池ケース内の部材は省略している。
【0033】
封口体3がある面や開口部側角部を下にして落下試験を行う前を図4A、落下試験後に電池ケースが変形した状態を図4Bに示す。落下試験前においては電池ケースの変形は見られない。一方、当該落下試験後には電池ケースの底部11の変形はほとんどないものの、開口部14付近が顕著に変形することがわかる。これは、構造上電池ケースの開口部14付近の強度が最も脆弱なため、脆弱な部分から変形が起こりやすいためである。
【0034】
一方、落下試験で電池ケースにかかる衝撃力は変わらずに、電池ケースの肉厚cが十分に厚ければ、電池ケースの開口部14付近も十分な強度を確保できるため図4Bのように変形はしない。
【0035】
落下試験で電池ケースにかかる衝撃力は、落下前の電池の位置エネルギーに依存する。位置エネルギーは、落下させる電池の質量×重力加速度×高さで算出することが出来、同一の落下試験を行う限りは重力加速度と高さは一定のため、落下させる電池の質量が大きくなればなるほど、落下試験で電池ケースにかかる衝撃力が大きくなる。
【0036】
そして、本発明者らは鋭意検討の結果、電池ケースの肉厚c(mm)と電池の質量m(g)とがm/c>150の時に、封口体のある面、開口部側角部21および22を下にして、つまり開口部側を下にして落下試験を行うと、図4Bのような電池ケースの変形が起こりやすいことを発見した。また、m/c>170の時に、更に電池ケースの変形が起こりやすい。
【0037】
電池ケースの肉厚cが薄ければ薄い程変形が起こりやすい一方で、より高容量のリチウム二次電池を得るために、電池ケースの肉厚cを薄くして、電池の充放電に寄与する材料を多くし、体積当たりのエネルギー密度を高める手法がなされている。電池ケースの肉厚cは0.27mm以下であると上記の電池ケースの変形が起こりやすくなる一方で、体積当たりのエネルギー密度を高くすることが出来るため、本発明の適用が好ましい。また、電池ケースの肉厚cは、電池として最低限の強度を確保するために0.12mm以上であることが好ましい。
【0038】
電池の質量m(g)は、エネルギー密度確保の観点から、30g以上が好ましい。また、通常実現できる電池の質量として、70g以下が好ましい。
【0039】
尚、本発明における電池ケース肉厚とは、電池ケースの幅広側面の開口部における厚みを測定することで得られるものである。
【0040】
体積エネルギー密度は540Wh/L以上、更には550Wh/L以上の時に本発明を適用するのか好ましい。このように高エネルギー密度を達成しようとすると、電池ケースの肉厚cを従来より薄くすることが考えられるからである。
【0041】
体積エネルギー密度は、リチウム二次電池の定格容量Q(Ah)、平均電圧(V)、セル体積(L)を用いて算出する。まず、リチウム二次電池を25℃において、1.0Cの電流値で定電流充電し、電圧値が充電上限電圧に達した後に、更にその充電上限電圧の電圧値で定電圧充電を行い、合計充電時間が2.5時間となった時点で充電を終了し、満充電状態とする。充電後のリチウム二次電池について、0.2Cで放電を行い、電圧値が2.75Vに達したら放電をやめて放電電気量をもとめ、この放電電気量の96%を定格容量Q(Ah)とする。充電上限電圧は、全てのリチウム二次電池において一定ではなく電池の設計段階で決定するものであり、電池毎に異なる。充電上限電圧は、4.2V〜4.6Vの範囲のものが一般に設定される。
【0042】
平均電圧は、放電電気量測定にて得られた充電上限電圧―2.75V間での放電容量と電圧を積分値した値を用いた。また、セル体積を算出するために用いたセル厚みは、満充電状態の厚みを用いた。
【0043】
体積エネルギー密度(Wh/L)は、この定格容量Q(Ah)と、平均電圧(V)、セルの体積(L)を用い、定格容量Q×平均電圧(V)/セル体積(L)で求めることが出来る。
【0044】
図4Bのように電池ケースの開口部付近が、電池の厚み方向に大きくなる変形がおこると、扁平状巻回電極体の端面がダメージを受けやすい。更に、電池ケースの変形が起こった後も封口体がある面や開口部側角部を下にした落下試験を繰り返すと、開口部側端面が封口体3へ近づく方向への移動をするため、図5Aのように変形部14Dと開口部側端面のエッジ部とが衝撃を受けながらこすれることになるので、開口部側端面のエッジ部から、セパレータや正極の捲れが起こり、電池ケースと極性の異なる負極とが接触することで内部短絡が発生することがある。この時、リード体の少なくとも一方が巻回最外周側に配置されていると、その部分を起点に捲れが起こることがある。
【0045】
また、開口部付近の幅広面の対向距離が広がるため、図5Bのように開口部側端面が封口体側へ移動しやすくなる。その落下試験を繰り返すと、何度も封口体やあるいは図示しない上部絶縁体に強く当たって開口部側端面が潰れ、内部短絡が発生することがある。
【0046】
そこで本発明の第1の実施態様では、図3の様に扁平状巻回電極体の、開口部側端面41と2つの幅広面43とを、テープ5を貼ることよって固定する。これにより、電池ケース2が予期せず変形した場合においても、開口部側端面が潰れるのを防ぎ、セパレータ等の捲れを防止し、内部短絡の発生を防止することが出来る。
【0047】
(その他の実施形態)
例えば、テープ5の貼り付け位置は正極リード体と負極リード体の間でなくてもよく、各リード体よりも開口部側端面の幅方向外側に配置しても良い。また、テープ5を一方の幅広面43から底部側端面42、他方の幅広面43、および開口部側端面41に渡って貼り付けても良い。テープ5は複数本配置しても良い。テープ5は各リード体に対して平行に貼り付けなくても、例えば斜めに貼っても良い。
【実施例】
【0048】
上述の構成を有するリチウム二次電池の効果を確認するための試験を行った。具体的には、以下のような実施例、比較例および参考例のリチウム二次電池を作製して、該リチウム二次電池の落下試験を行った後、内部短絡の発生数を確認した。
【0049】
(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質であるコバルト酸リチウム96質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を10質量%の濃度で含むN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。
【0050】
前記正極合剤含有ペーストを、アルミニウム箔(正極集電体)の両面に塗布した後、乾燥を行って、アルミニウム箔の両面又は片面に正極活物質層を形成した。その後、正極活物質層のプレス処理を行うことにより、該正極活物質層の厚みおよび密度を調節するとともに、アルミニウム箔の露出部にニッケル製の正極リード体を溶接して、帯状の正極を作製した。
【0051】
<負極の作製>
平均粒子径Dの50%が16μmである負極活物質の黒鉛97.5質量部と、結着剤であるスチレンブタジエンゴム(SBR):1.5質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース(CMC):1質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。
【0052】
前記負極合剤含有ペーストを、銅箔(負極集電体)の両面に塗布した後、乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層(負極活物質層)を形成した。その後、負極活物質層のプレス処理を行うことにより、該負負極活物質層の厚みおよび密度を調節するとともに、銅箔の露出部にニッケル製の負極リード体を溶接して、帯状の負極を作製した。
【0053】
<非水電解質の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との容積比3:7の混合溶媒に、LiPF6を1.1mol/Lの濃度で溶解させて、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を2.0質量%となる量、およびビニレンカーボネート(VC)を2.0質量%となる量で、それぞれ添加して、非水電解質を調製した。
【0054】
<電池の組み立て>
前記帯状の正極を、ポリエチレン製のセパレータを間に挟みこむように前記帯状の負極に重ねた状態で、図2のように巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回電極体を得た。この扁平状巻回電極体の正極リード体と負極リード体の間に、図3に示すようにテープを貼りつけた。
【0055】
次に、図3のように外寸が厚み56mm、幅42mm、高さ96mm、ケース肉厚が0.27mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケース内に前記電極体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の封口体を電池ケースの開口部に溶接した。その後、封口体に設けられた注入孔から前記非水電解質を注入し、1時間静置した後、注入口を封止した。その後、活性化工程を経て、図1に示す構造のリチウム二次電池を得た。この時の電池質量は56.9gで、m/cは221であった。また、上述した方法で体積エネルギー密度を求めたところ、549Wh/Lであった。
【0056】
(実施例2)
外寸が厚み53mm、幅51mm、高さ72mm、ケース肉厚が0.24mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。この時のこの時の電池質量は45.8gで、m/cは191であった。また、上述した方法で体積エネルギー密度を求めたところ、574Wh/Lであった。
【0057】
(実施例3)
外寸が厚み46mm、幅37mm、高さ83mm、ケース肉厚が0.19mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。この時のこの時の電池質量は35.0gで、m/cは184であった。また、上述した方法で体積エネルギー密度を求めたところ、627Wh/Lであった。
【0058】
(実施例4)
外寸が厚み51mm、幅57mm、高さ61mm、ケース肉厚が0.25mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。この時の電池質量は41.7gで、m/cは167であった。また、上述した方法で体積エネルギー密度を求めたところ、627Wh/Lであった。
【0059】
(比較例1)
テープを貼り付けなかった以外は実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を作製し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【0060】
(比較例2)
テープを貼り付けなかった以外は実施例4と同様にして扁平状巻回電極体を作製し、この扁平状巻回電極体を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
【0061】
(参考例1)
テープを貼り付けなかった以外は実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を作製した。扁平状巻回電極体を用い、外寸が厚み41mm、幅51mm、高さ68mm、ケース肉厚が0.27mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。この時の電池質量は34.0gで、m/cは126であった。また、上述した方法で体積エネルギー密度を求めたところ、569Wh/Lであった。
【0062】
<落下試験>
上述のように作製した実施例、比較例及び参考例のリチウム二次電池をそれぞれ10個用意し、それぞれを25℃環境下で1.0Cで充電上限電圧に達するまで定電流充電を行った後、充電上限電圧で合計充電時間が2.5時間となるまで定電圧充電を行って満充電状態とした。それぞれの電池の充電上限電圧は表1に示す。
【0063】
各リチウム二次電池についてノギスで厚み寸法を測定し、電圧計で電圧を測定した後に落下試験を行った。落下試験は、各リチウム二次電池を、該電池の封口体のある面を下にして高さ1.8mの位置から平面上に落下させ、続いて該電池の一方の開口部側角部を下にして同様の条件で落下、更に該電池の他方の開口部側角部を下にして同様の条件で落下、を1サイクルとし、これを15サイクル繰り返した。
【0064】
その後、各電池の電池ケースの開口部付近の変形の有無を調べるために、電池の開口部付近の電池の厚みが最も大きくなった箇所をノギスで測定しながら特定し、最も電池の厚みが大きい箇所が落下試験前の厚みと比較して5%以上の厚み増加があった電池の個数を数えた。また、落下試験後の電池の電圧が落下試験前の電圧と比較して、30mV以上の落ち込みがあったものを内部短絡の発生とみなし、内部短絡が起こった電池の数を数えた。その結果を表1に示す。
【0065】
【表1】
【0066】
表1に示すように、m/c>150を満たさないリチウム二次電池は、そもそも落下試験で電池ケースの開口部付近での変形が起こりにくく、電池ケースの変形に起因する内部短絡も同様に起こらなかった。(参考例1)
一方、m/c>150のリチウム二次電池は、電池ケースの変形が起こりやすく、m/c>170で更に変形が起こりやすいことがわかる。一方で、電池ケースの変形が起こったとしても、扁平状巻回電極体の開口部側の端面と2つの幅広面とが、テープによって固定されていれば、内部短絡の発生を抑制することが出来る。
【0067】
したがって、m/c>150の時に、扁平状巻回電極体の開口部側の端面と2つの幅広面とが、テープによって固定されていれば、電池ケースの変形が起こったとしても、内部短絡の発生を抑制することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明は、有底筒状の電池ケースと、電池ケース内に帯状の正極と負極がセパレータを介して渦巻き状に巻回されてなる扁平状巻回電極体および非水電解液を備えたリチウム二次電池に利用可能である。
【符号の説明】
【0069】
1 リチウム二次電池
2 電池ケース
3 封口体
4 扁平状巻回電極体
5 テープ
14 開口部
41 開口部側端面
43 幅広面
60 負極
70 正極
80 セパレータ
図1
図2
図3
図4
図5