JP2006286496A - ポリマー電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 正極および負極の巻回端部に正極活物質および負極活物質が塗布されていない、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を電池素子最外周が1周以上覆われる幅で設け、この正極集電体露呈部および負極集電体露呈部の少なくとも一方に被覆材を設ける。
【選択図】 図7
Description
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が、正極集電体の両面上に形成されたものである。正極集電体としては、例えばアルミニウム(Al)箔,ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されたものである。負極集電体としては、例えば銅(Cu)箔,Ni箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
ポリマー電解質としては、高分子固体電解質またはゲル状電解質等を用いることができる。以下、電解質について詳細に説明する。
セパレータは、例えばポリプロピレン(PP)あるいはポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
上述のようにして作製したポリマー電解質溶液を正極11および負極12に均一に塗布し、正極活物質層および負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てポリマー電解質層14を形成する。この時、図5に示すように、ポリマー電解質層14は正極活物質層11b上から正極集電体露呈部15aの端部を全て覆うように連続して形成される。また、正極集電体露呈部15aが全て覆われるようにポリマー電解質を塗布するのは負極12と対向する片面のみでよい。また、他方の面は最外周1周分が巻回した電池素子10とラミネートフィルム4との対向部であるため、ラミネートフィルム4と対向する部分にはポリマー電解質14を塗布しなくて良い。さらに、負極12は正極11と異なり、図6に示すように負極活物質層12b上のみにポリマー電解質14を塗布すればよい。
[正極の作製]
正極活物質としてLiCoO2を用いて正極を作製する。まず、LiCoO2を得るために炭酸リチウムと炭酸コバルトを0.5mol:1molの比率で混合し、900℃の空気中で5時間焼成した。次いで、得られたLiCoO291重量部と、導電剤として黒鉛6重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体10重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。
粉砕した人造黒鉛粉末90重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体10重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。
エチレンカーボネート(EC)50重量部とプロピレンカーボネート(PC)50重量部とを混合し、電解質塩としてLiPF6を0.7mol/kgを溶解させた後、重量平均分子量60万であるポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を10重量部混合した。さらに、ジメチルカーボネートを混合溶解させて電解質溶液を作製した。
実施例1と同様に正極および負極を作製した後、正極両面の正極集電体露呈部にポリマー皮膜を形成する。ポリマー皮膜は、N−メチル−2−ピロリドン97重量部にポリフッ化ビニリデン3重量部を混合した溶液を正極集電体露呈部に塗布後、120℃雰囲気下で乾燥して形成した。
実施例1と同様に正極および負極を作製した後、正極両面の正極集電体露呈部に保護フィルムを被覆した。保護フィルムはポリプロピレンからなる厚さ20μmの粘着テープを使用した。次いで、正極活物質層および負極活物質層上にポリマー電解質を塗布した後、正極および負極をセパレータを介して積層、巻回し、電池素子を作製した。その後電池素子をラミネートフィルムで外装して図10に示すような試験用電池とした。
実施例1と同様に正極および負極を作製した後、正負極共に活物質層部分のみにポリマー電解質層を形成し、セパレータを介して積層、巻回し、電池素子とした後、ラミネートフィルムで外装して図11に示すような試験用電池とした。この電池は、最外周の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部の対向部分にセパレータのみが存在する電池である。
実施例1と同様の材料を用い、正極集電体露呈部および負極集電体露呈部が設けられていない正極および負極を作製した。ポリマー電解質は正極活物質層および負極活物質層上に塗布し、セパレータを介して積層、巻回して電池素子とした後、ラミネートフィルムで外装して図12に示すような試験用電池とした。
各試験用電池をそれぞれ10個ずつ用い、25℃雰囲気下で釘刺し安全試験を行った。この試験では、各試験用電池を1Cの電流で4.5Vまで定電流充電を行った後、4.5Vでの定電圧充電を合計3時間行った。次いで各試験電池について鉄釘を6000mm/secで貫通させ、その後の電池の発熱状態を観察した。
各試験用電池をそれぞれ100個ずつ用い、ショートが発生した個数から内部ショート率を求めた。なお、内部ショートの判断基準は、各試験用電池を1Cの電流で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vでの定電圧充電を合計3時間行った。その後25℃雰囲気下で一週間保存し、電池電圧が4.10V以下に低下したものをショート発生とみなし、内部ショート率を測定した。
2・・・電極端子
2a・・・正極端子
2b・・・負極端子
3a,3b・・・シーラント
4・・・ラミネートフィルム
10・・・電池素子
11・・・正極
11a・・・正極集電体
11b・・・正極活物質層
12・・・負極
12a・・・負極集電体
12b・・・負極活物質層
13、13a,13b・・・セパレータ
14・・・ポリマー電解質
15a・・・正極集電体露呈部
15b・・・負極集電体露呈部
20・・・ポリマー皮膜
21・・・粘着テープ
Claims (5)
- 表面にポリマー電解質が形成された正極および負極を積層し、巻回して作製した電池素子を有するポリマー電池において、
上記正極および上記負極の巻回端部に電池素子最外周1周分以上の正極集電体露呈部および負極集電体露呈部を有し、
上記正極集電体露呈部および上記負極集電体露呈部の少なくとも一方に被覆材が設けられていることを特徴とするポリマー電池。 - 上記正極集電体露呈部および上記負極集電体露呈部がそれぞれ上記ポリマー電解質で被覆されており、上記ポリマー電解質は正極活物質および負極活物質上に塗布した上記ポリマー電解質と連続していることを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池。
- 上記正極集電体露呈部および上記負極集電体露呈部の一方が、フッ素系ポリマーを含有する皮膜により被覆されていることを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池。
- 上記フッ素系ポリマーは、変性物質を含有することを特徴とする請求項3に記載のポリマー電池。
- 上記正極集電体露呈部および上記負極集電体露呈部の一方が、保護フィルムにより被覆されていることを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池。
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