JP2001222993A - 電 池 - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
式極群を備えた非水電解質電池を提供することを目的と
する。 【構成】 帯状正極及び帯状負極の少なくとも一方の電
極に一部片面にのみ合剤層が担持された片面塗工部が設
けられ、前記片面塗工部が設けられた電極における合剤
層の片面厚さが110μm以下である扁平形捲回式極群
を備えることで、上記目的を達成できる。
Description
ータと帯状負極との積層体から成る極群が、扁平渦巻き
形に捲回された極群を備えた電池に関する。
般ユーザー向け携帯機器の小型軽量化が進んでいる。そ
れに伴い、高容量で小型軽量の電池が求められ、これら
の要求に適合するものとして、リチウムイオン電池が普
及している。中でも角形や扁平形電池は、機器内に収納
した時のデッドスペースが小さく、容積効率の良い電池
として広く普及している。
に対応するため、帯状の電極を渦巻き状にした捲回式極
群構造が一般的である。捲回式極群構造においては、正
極及び負極の合剤層の厚さを最適化することにより高容
量を達成しようとする試みが多くなされている。
正極及び負極の両面合剤層の厚さを80〜250μm、
正極と負極の合剤層厚さ比を0.4〜2.2とすること
が提案されている。前記公報には、集電体の片面だけに
合剤層を設けると、反りを生じ、実用的でないとの記載
がある。しかしながら、対極との非対向面である最内周
電極の内面及び最外周電極の外面にある合剤層は、起電
反応には寄与しないので、体積エネルギー密度並びに重
量エネルギー密度を下げる要因となる。特に、扁平形に
捲回した極群を備えた電池においては、前記非対向面が
帯状電極に占める割合が大きくなるので、反応に寄与し
ない非対向面の合剤がエネルギー密度に与える影響は大
きい。従って、扁平形捲回式極群の最内周内面及び最外
周外面においては、片面にのみ合剤層を設けた極群を備
えることが望まれる。
た場合には、上記したように帯状電極に反りを生じてい
た。捲回面が円形の電池においては、電極の反りが製造
工程に与える影響は比較的小さいが、扁平に捲回する場
合、帯状電極に反りがあると、特に極群の平面部分にお
いて巻き込みが極めて困難となり、位置ずれを生じた
り、電極のエッジでセパレータを破損させ短絡を生じる
恐れがある。
極をプレスした後、両面合剤部分と片面合剤部分の境に
亀裂が入りやすいといった問題があった。
面が扁平の電池においては、片面にのみ合剤を有した部
分を一部に設け、電極に反りや亀裂の生じない、生産に
適した電極を開発することがことが極めて重要な要素と
なる。本発明は、容積効率に優れ、生産性に優れた扁平
形捲回式極群を備えた電池を提供しようとするものであ
る。
め、本発明は、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、
ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチ
ウム(LiMn2O4)の中から選ばれた少なくとも1つ
の遷移金属酸化物を主成分とする正極合剤層が正極集電
体の両面に担持されてなる帯状正極と、帯状セパレータ
と、黒鉛を主成分とする負極合剤層が負極集電体の両面
に担持された帯状負極との積層体を扁平形に捲回した極
群を備えた電池において、前記帯状正極及び帯状負極の
少なくとも一方の電極に、一部片面にのみ合剤層が担持
された片面塗工部が設けられ、前記片面塗工部は、合剤
層の片面厚さが110μm以下であることを特徴とする
電池である。また、正極合剤層に占める前記遷移金属酸
化物の容積比率が60%以下、負極合剤層に占める黒鉛
の容積比率が75%以下であることを特徴とする電池で
ある。また、扁平形捲回式極群の厚さ(t)が4mm以
下である電池である。
き、説明するが、本発明は以下の記述により限定される
ものではない。
は容器1内に収納されている。5は負極端子である。図
2は、本発明電池のX−X’断面図である。説明のため
に厚さ方向に拡大して描いている。正極2、負極3、セ
パレータ4からなる積層体が扁平な形に捲回されて極群
を形成し、正極端子を兼ねる金属製容器1内に気密封止
されている。負極端子5は、絶縁性封止材6により容器
1と絶縁されている。図3は、本発明電池のY−Y’断
面図であるが、容器1を省き、極群のみを描いている。
また、説明のため、厚さ方向に拡大して描いている。t
は極群の厚さである。図4は、本発明電池に用いた帯状
正極の平面図と断面図である。断面図に記載の数字は、
両面塗工部、片面塗工部、無塗工部の寸法比を示してい
る。図5は、本発明電池に用いた帯状負極の平面図と断
面図である。断面図に記載の数字は、両面塗工部、片面
塗工部、無塗工部の寸法比を示している。
等の遷移金属とリチウムとの複合酸化物に、カーボンブ
ラック等の導電材及び樹脂製結着剤が添加されてなる正
極合剤層が、厚さ約20μmのアルミニウム箔製正極集
電体の面上に担持されている。負極3は、黒鉛に代表さ
れる炭素材に、結着剤を添加されてなる負極合剤層が、
厚さ約10μmの銅箔製集電体面上に担持されている。
正極2と負極3の間に、厚さ約20μmの微多孔樹脂フ
ィルム製セパレータ4が積層されている。電極やセパレ
ータに用いる電解質は、例えばエチレンカーボネートと
ジメチルカーボネートの混合溶媒に六フッ化燐酸リチウ
ムを溶解させた電解液でもよいし、これにポリフッ化ビ
ニリデンを加えてゲル状としたポリマー電解質でもよ
い。
極ともに110μm以下であり、さらに望ましくは40
〜90μm以下である。合剤層厚さが40μm未満にな
ると、両面塗工部分と片面塗工部分との境界部分が、合
剤段差のためプレス時に大きな力を受け、集電体に亀裂
が生じるおそれが高くなる。40μm以上であれば合剤
層の縮み代が大きいので力を吸収できる。また、合剤層
厚さが40μm未満になると、極群に占める合剤層の容
積比率が小さくなるので、電池の容積効率が小さくなる
欠点がある。合剤層厚さが110μmよりも大きくなる
と、プレス後の電極に反りが生じ、捲回工程に支障が生
じたり、両面合剤部分と片面合剤部分の堺に亀裂が入る
恐れがある。表1は、プレス後の正極合剤層片面厚さと
電極の反り、亀裂の発生状況を示したものである。
及び負極3の最内周内面には、合剤層が無い片面塗工部
が配されている。正極合剤組成は、平均粒径15μmの
コバルト酸リチウム90重量%、アセチレンブラック粉
末5重量%及びポリフッ化ビニリデン5重量%とした。
前記組成の合剤層が厚さ20μmのアルミニウム基板状
に担持され、正極2を構成している。プレス圧は、正極
合剤層層中にコバルト酸リチウム(LiCoO2)の占
める容積比率が55%前後になるように調整した。
率に関しては、金属酸化物の真密度も大きな要因とな
る。前記コバルト酸リチウムの真密度は4.9g/cm
3である。ニッケル酸リチウム(LiNiO2)の真密度
も4.7g/cm3と、これに近く、表1と同様の結果
が得られた。
密度はやや低く、4.2g/cm3である。表2は、前
記LiCoO2を平均粒径18μmのLiMn2O4に置
き換えて実験した結果である。
の反り、亀裂の発生状況を示したものである。負極合剤
組成は、平均粒径25μm、真密度2.1g/cm3の
塊状黒鉛粒子95重量%及びポリフッ化ビニリデン5重
量%とした。前記組成の負極合剤層が厚さ10μmの銅
基板上に担持され、負極4を構成している。プレス圧
は、負極合剤層に黒鉛の占める容積比率が65〜75%
になるように調整した。厚さが小さくなるに従い、電池
の容量は小さくなる。所定の放電容量を確保するには、
正極、負極共に合剤層の厚さは50μm以上であること
が望ましい。
比率は、合剤を構成する成分の混合比、合剤を構成する
粉体の真密度や粒度分布及び極板のプレスの程度によっ
て影響を受ける。しかしながら、合剤を構成する成分の
うち遷移金属酸化物の混合比は85〜95重量%と狭い
範囲にあり、前記容積比率に与える影響は小さい。ま
た、前記金属酸化物の真密度は合成条件により多少異な
るが、その値はLiCoO2、LiNiO2共に4.6〜
5.0であり、LiMn2O4では4.1〜4.4であ
り、大きく異なるものではないので、前記容積比率に与
える影響は小さい。さらに、本発明で使用される前記金
属酸化物の平均粒度は10〜20μmと狭い範囲にあ
り、これも前記容積比率に与える影響は小さい。一方、
極板のプレスの程度は、前記容積比率に大きな影響を与
える。
を用い、正極合剤層の片面厚さがプレス後において約9
0μになるように塗布量を決定したうえで、プレス圧を
変化させていったときの、正極合剤中のコバルト酸リチ
ウムの容積比率と極板の反り、亀裂の発生状況を示した
ものである。また表5は、金属酸化物にマンガン酸リチ
ウムを用いた正極板について、同様の実験を行った結果
である。これらの結果より、金属酸化物の容積比率は6
0%以下でなければならず、高すぎると電極に反りが生
じる。しかし、低くなるに従い、合剤層の電子伝導性が
低下し、放電容量は小さくなる。好ましい値は40〜6
0%である。
度は種類によって多少異なるものの、2.0〜2.2と
狭い範囲にあり、負極合剤層に占める黒鉛の容積比率に
大きく影響を与えるものではない。黒鉛の形状が鱗片
状、球状、塊状と異なっても同様である。前記黒鉛材料
としては、平均粒度20〜40μmの黒鉛もしくは黒鉛
に近い物性を有する炭素材が一般的に使用される。
材料を用いた負極のプレス度合いを変えて容積比率を変
化させた時の実験結果を示す。合剤層厚さが90μm前
後になるよう塗布量を調整した。この結果より、負極合
剤層に占める炭素材の容積比率は75%以下でなければ
ならない。好ましい値は50〜75%である。
下であるような扁平形捲回式極群を備えた電池におい
て、特に有効である。極群の厚さが4mm以下に制限さ
れた場合、容積の有効活用が特に重要である。すなわち
対極に対向しない合剤層は発電に寄与せずスペースを無
駄に占有する。極群厚さが小さい程、この無駄に占有さ
れた体積の極群全体に占める比率は大きくなる。我々の
試算によれば、正極・負極共、全面にわたって両面に合
剤層があり、合剤層片面厚さが100μmである場合、
極群厚さが5mmの場合には前記の無駄なスペースは約
8%にすぎないが、極群厚さが4mmの場合には約15
%の容積が無駄になる。
ることが好ましい。極群厚さが1.5mm未満では、捲
回数は1回、多くて2回しかとれず、積層式に比べ部品
点数が少なくて済み、生産性が良いという捲回式特有の
メリットが出ない。また、端部に湾曲部を有するので、
積層式に比べ容積効率が劣るといったデメリットが大き
く表れる。
とができ、電極の位置ずれや内部短絡の無い電池を生産
可能にする。また、電極の非対向面の合剤層を省いてい
るので、材料の節約になるし、電池内容積の有効利用に
なるのでその分放電容量の大きい電池を提供できる。
高く且つ安価な扁平形密閉電池を提供するもので、工業
的価値の高いものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 コバルト酸リチウム(LiCoO2)、
ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチ
ウム(LiMn2O4)の中から選ばれた少なくとも1つ
の遷移金属酸化物を主成分とする正極合剤層が正極集電
体の両面に担持されてなる帯状正極と、帯状セパレータ
と、黒鉛を主成分とする負極合剤層が負極集電体の両面
に担持された帯状負極との積層体を扁平形に捲回した極
群を備えた電池において、前記帯状正極及び帯状負極の
少なくとも一方の電極に、一部片面にのみ合剤層が担持
された片面塗工部が設けられ、前記片面塗工部は、合剤
層の片面厚さが110μm以下であることを特徴とする
電池。 - 【請求項2】 正極合剤層に占める前記遷移金属酸化物
の容積比率が60%以下、負極合剤層に占める黒鉛の容
積比率が75%以下であることを特徴とする請求項1記
載の電池。 - 【請求項3】 扁平形捲回式極群の厚さ(t)が4mm
以下である請求項1又は2のいずれかに記載の電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000029623A JP2001222993A (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | 電 池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000029623A JP2001222993A (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | 電 池 |
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JP2001222993A true JP2001222993A (ja) | 2001-08-17 |
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Family Applications (1)
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JP2000029623A Pending JP2001222993A (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | 電 池 |
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-
2000
- 2000-02-07 JP JP2000029623A patent/JP2001222993A/ja active Pending
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KR101099903B1 (ko) | 2007-07-20 | 2011-12-28 | 파나소닉 주식회사 | 전지용 극판, 전지용 극판군, 리튬 이차전지, 전지용 전극판의 제조 방법, 및 전지용 전극판의 제조 장치 |
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