JP2638919B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種の電気機器を駆動するための電源として
使用される非水電解液二次電池に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、負極材、正極材及びセパレータよりなる巻
回体を電池缶に収納してなる、いわゆるジェリーロール
タイプの非水電解液二次電池において、前記負極材の最
外周部の銅箔表面を露呈することにより有効電極面積を
大きくなし、高エネルギー密度と長時間の放電持続時間
を持つ電池を得ようとするものである。
〔従来の技術〕
従来より高出力型の二次電池として水系の電解液を用
いたニッケル−カドミウム蓄電池、鉛蓄電池、酸化銀−
亜鉛蓄電池等が知られている。これらの水系電解液二次
電池は、内部抵抗が低く大電流に耐え得る高出力型の電
池ではあるが、ある電圧以上になると電解液が容易に分
解するため、一般に電圧が低くエネルギー密度が低い等
の欠点がある。
一方、非水電解液二次電池は、起電力を高くすること
ができ、エネルギー密度が高いという優れた特徴を有す
る。係る非水電解液二次電池の電極材として、水系蓄電
池などと本質的に異なる反応形式である、層状化合物の
インターカレーション、又はドーピング現象を利用した
電極活物質が注目されている。
かかる新しい電極活物質は、その充電、放電における
電気化学的反応において、複雑な化学反応を起こさない
ことから、極めて優れた充放電サイクル性が期待されて
いる。例えば、ドーピング現象を利用した電極活物質と
して有機物焼成体を用い、係る有機物焼成体を使用した
場合、優れた性能を発揮するとされている。特に、係る
有機物焼成体を負極活物質として使用した場合は、サイ
クル寿命特性、自己放電特性、充放電における電流効率
において優れている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、有機物焼成体を負極活物質として使用する非
水電解液二次電池においても、より高エネルギー密度
と、長時間の放電持続時間の必要性が指摘されている。
かかる必要性を満たすためには、電極面積を大きくする
ことで原理的には可能である。しかし、ジェリーロール
タイプの非水電解液二次電池においては電池缶内の有効
容積に限りがあるため、電極面積を大きくすることによ
る電池の高出力化には難点がある。
そこで本発明は、上記の実情に鑑みて提案されたもの
であって、有効電極面積を大きくし、より高エネルギー
密度の非水電解液二次電池を提供することを目的とする
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は、前述の目的を達成せんものと、種々の
検討を重ねた結果、次ような知見を得るに至った。
すなわち、一般に非水電解液二次電池においては、負
極集電体に銅箔を用い、正極集電体にアルミニウム箔等
を用い、上記負極集電体,正極集電体共に集電体両面全
てに活物質を被着して、それぞれ負極材、正極材として
る。そして、これらの負極材と正極材とがセパレータを
介して渦巻状に積層巻回されてなる巻回体が、最外周部
に負極を位置させて電池缶内に収納されている。そのと
き、前記最外周部では、セパレータを介して正極と相対
するのは、負極のうちの集電体片面の活物質のみとな
り、したがって負極は電極片面のみの反応となる。つま
り負極の反対面は、電池缶と相対しているため、放電容
量に寄与しない活物質を電池缶内に入れていることとな
り、より高エネルギー密度化が図れない。言い換えれ
ば、前記放電容量に寄与しない活物質を消滅すれば、電
池缶容積の有効利用を図れるものと考えられる。
本発明は、このような知見に基づいて完成されたもの
であり、銅箔両面に有機物焼成体を被着してなる負極材
がセパレータを介して正極材と共に巻回され電池缶内に
収納されてなる非水電解液二次電池であって、上記銅箔
の両面に有機物焼成体がほぼ均一な厚さで被着されると
ともに、最外周部に銅箔の外周側表面が露呈する銅箔表
面露呈部が設けられていることを特徴とするものであ
る。
本発明に係る非水電解液二次電池の負極は、集電体で
ある銅箔の両面に、負極活物質である有機物焼成体を塗
布してなるものである。
集電体には、導電性が高いこと、機械的強度が高いこ
と、ドープされるリチウムイオンと合金化しないことな
どが要求され、銅箔が好適である。例えばAlやMg,Zn等
は合金化する虞れがあり、集電体としての機能を果たさ
なくなる虞れがある。あるいはニッケル、ステンレス等
では導電度が低く、ある程度厚さを厚くしなければなら
ないことから、電池容量の点で不利である。
また、集電体に銅箔を用いた場合、その厚さは7〜30
μmとすることが好ましい。銅箔の厚さが7μm未満で
あると機械的強度の問題により使用困難であり、30μm
を越えると、電池エネルギー密度は低下する。
前記集電体に塗布される有機物焼成体は、例えば、種
々の有機化合物の熱分解、又は焼成炭化により得られる
ものである。かかる有機物焼成体材料の一例を示せば、
気相成長法炭素繊維が挙げられる。該気相成長法炭素繊
維は、例えば、ベンゼン、メタン、一酸化炭素等の炭素
化合物を遷移金属触媒等の存在下、気相熱分解せしめて
得られる炭素材料であり、公知のこれに類する方法によ
って得られる全てのものを言う。通常かかる方法により
繊維状、即ち炭素繊維として得られるが、繊維状として
そのまま用いても良いし、粉砕された粉粒状として用い
ても良い。他の例を示せば、ピッチ系炭素繊維が挙げら
れる。一例を示せば、石油ピッチ、アスファルトピッ
チ、コールタールピッチ、原油分解ピッチ、石油スラッ
ジピッチ等の石油、石炭の熱分解により得られるピッ
チ、高分子重合体の熱分解により得られるピッチ、テト
ラベンゾフェナジン等の有機低分子化合物の熱分解によ
り得られるピッチ等が挙げられる。かかるピッチ系の焼
成炭化物の具体例を示せば、ニードルコークス等が挙げ
られる。更に他の例を示せば、アクリロニトリルを主成
分とする重合体の焼成炭化物が挙げられる。
これらの有機物焼成体は、前記銅箔の両面に塗布され
るが、特に銅箔のうち巻回体としたときの最外周部に相
当する部分には、銅箔の片側(内側になる部分)のみ塗
布する。したがって、この部分では銅箔が露呈すること
になる。なお銅箔が露呈するのは、最外周部の一周分で
あるのが望ましいが、必ずしも一周分露呈させる必要は
なく、一部分(例えば半周分,1/4周分等)あっても、あ
る程度の効果が期待できる。
一方正極には,リチウムを主体とする公知の正極活物
質が使用される。例えば、LiMn2O4、リチウムコバルト
複合酸化物等が挙げられる。
電解液としては、特に限定されるものではないが、例
えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、1・2−ジメトキシエタン、1・2−ジエトキシエ
タン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフラン、1・3ジオキソラン、4−
メチル−1・3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、ス
ルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピ
オニトリル等の単独若しくは2種以上の混合溶剤が使用
できる。
電解質も従来より公知のものが何れも使用可能であ
り、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5、L
iCl、LiBr、CH3SO3Li、CF3SO3Li等の1種または2種以
上を混合したもの等が使用可能である。
また、上記セパレータは、従来より公知の絶縁物質で
あればよく、例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレン、ポリアセタール等が使用
可能である。
〔作用〕
本発明に係る非水電解液二次電池によれば、負極材最
外周部の銅箔表面を露呈させることにより、放電容量に
寄与していない巻回体最外周部の負極活物質を除去する
こととなり、電池缶内容積の有効利用が可能となる。そ
れにより、有機物焼成体を銅箔両面の全面に被着してな
る負極材を使用した巻回体と比較して、巻回体の巻回数
の増加と有効電極面積の増大が図れ、エネルギー密度を
高くすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を適用した非水電解液二次電池の具体的
な一実施例について、図面を参照しながら説明する。
実施例 本実施例は、銅箔両面に有機物焼成体を被着してなる
負極材が、セパレータを介して正極材と共に巻回され電
池缶内に収納されてなる、いわゆるジェリーロールタイ
プの非水電解液二次電池に適応したものである。
上記非水電解液二次電池を作成するには、先ず正極活
物質として、リチウムコバルト複合酸化物91重量部に、
導電剤であるグラファイト6重量部及びバインダーとし
てポリフッ化ビニリデン3重量部を混合し、分散剤とし
てN−メチル−2−ピロリドンを湿式混合により正極ペ
ーストを作製した。この上記正極ペーストを正極集電体
である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に被着
し乾燥せしめ、その後ロールプレスにて180μmの正極
シートを製作した。但し上記正極シート端部の正極リー
ド取付部に上記正極ペーストを両面に被着しない正極集
電体端部露出部を設けた。上記にて作製した正極シート
を幅43mm、長さ290mmに切断し、上記正極集電体端部露
出部にアルミニウム箔正極リード(2)を超音波溶接に
て接続し、正極(1)を作製した。
次に、負極活物質として、カーボン90重量部に、バイ
ンダーであるポリフッ化ビニリデン10重量部を混合し、
分散剤としてN−メチル−2−ピロリドンを湿式混合に
より負極ペーストを作製した。この上記負極ペースト
(4),(4)を負極集電体である厚さ10μmの銅箔
(5)の両面に均一に被着し乾燥せしめ、負極シートを
作製した。但し上記負極シート端部の負極リード取付部
に巻回体最外周部面積に相当する銅箔表面露呈部(5a)
を設けた。上記にて作製した負極シートを幅43mm、長さ
285mmに切断し、負極集電体の上記銅箔表面露呈部(5
a)にニッケル材よりなる負極リード(6)を超音波溶
接にて接続し、負極(3)とした。
前記方法により作製した電極を、厚さ25μmのポリプ
ロピレン製セパレータ(7)を介して、巻取機にて巻回
し、巻回体とした。ここで、前記銅箔表面露呈部(5a)
を巻回体最外周に位置させた。この前記巻回体に底部用
絶縁板(8)を付け、ニッケルメッキを施した電池缶
(10)に収納し、前記負極リード(6)を前記電池缶底
部にスポット溶接した。当該電池缶(10)は、負極缶に
相当することになる。
次に、前記電池缶(10)内の巻回体に上部用絶縁板
(9)を入れガスケット(11)を挿入後、前記正極リー
ド(2)とアルミニウム製安全弁(12)とを超音波溶接
にて接続し、次いで、前記電池缶(10)内に非水電解液
を含浸せしめ、上記安全弁(12)に蓋体(13)をのせ
た。ここで、前記蓋体(13)には、前記正極リード
(2)に超音波溶接された前記安全弁(12)が接するこ
とになる。したがって当該蓋体(13)が、電池の正極缶
となっている。
以上により、外径14mm、高さ50mmのジェリーロールタ
イプ非水電解液二次電池を組み立てた。
比較例 先の実施例(実施例電池A)の比較例として、比較例
電池Bを作製した。比較例電池Bは最外周部銅箔表面に
も負極活物質を均一に被着してなる負極材を使用した以
外は、先の実施例と同様の手法によりジェリーロールタ
イプの非水電解液二次電池として作製した。尚、比較例
電池Bは、負極材の最外周部銅箔表面にも負極活物質を
均一に被着した為、負極は幅43mm、長さ275mmとなり、
正極は、幅43mm、長さ280mmとなった。
これらの実施例電池A、比較例電池B共に電池組立
後、55mAの定電流にて終止電圧2.5Vとなるまで放電を行
った。第1表に実施例電池Aと比較例電池Bが上記条件
となるまでの放電持続時間と、上記実施例電池Aと比較
例電池Bのエネルギー密度を示す。
第1表から、比較例電池Bに比べ実施例電池Aは、放
電持続時間において24分の伸びが見られ、エネルギー密
度においては20WH/増加したことがわかる。
〔発明の効果〕
以上の説明からも明らかなように本発明の非水電解液
二次電池においては、負極材の最外周面銅箔表面を露呈
させているので、上記負極材最外周部の電極厚さを薄く
し、電池缶内の容積の有効利用が可能となる。したがっ
て、本発明によれば巻回体の巻回数の増加や、有効電極
面積の増大を図ることができ、高エネルギー密度を有し
放電持続時間の長い非水電解液二次電池を提供すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る非水電解液二次電池の負極を示す
平面図であり、第2図はその断面図である。第3図は電
池缶内に収納される巻回体を最外周部を開放して示す横
断面図である。第4図は円筒型非水電解液二次電池の構
成例を一部分解して示す外観斜視図である。 1……正極 3……負極 4……負極ペースト 5……銅箔 5a……銅箔表面露呈部 7……セパレータ 10……電池缶

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅箔両面に有機物焼成体を被着してなる負
    極材がセパレータを介して正極材と共に巻回され電池缶
    内に収納されてなる非水電解液二次電池であって、 上記銅箔の両面に有機物焼成体がほぼ均一な厚さで被着
    されるとともに、最外周部に銅箔の外周側表面が露呈す
    る銅箔表面露呈部が設けられていることを特徴とする非
    水電解液二次電池。
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