JP4567990B2

JP4567990B2 - 二次電池

Info

Publication number: JP4567990B2
Application number: JP2004034513A
Authority: JP
Inventors: 仁史前田; 和宏内山; 俊之能間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP2005228541A

Description

この発明は二次電池に係り、特に、正極と、正極と、酸素ガスを吸収する負極材料のペーストを集電体に塗布し、乾燥、圧延させた負極と、正極と負極との間に設けたセパレータと、アルカリ電解液とを電池容器内に収容させた二次電池において、負極に、活物質と結着剤とを含む電極材料が導電性支持体に付与されたものを用いた場合に、電池の特性を低下させることなく、電極から活物質が脱落するのを防止し、正極で発生した酸素ガスが負極で適切に吸収されるようにした点に特徴を有するものである。

従来より、正極や負極における活物質の量を多くして高エネルギー密度の二次電池を得るために、正極や負極として、活物質と結着剤とを含む電極材料をパンチングメタル等の導電性支持体に付与させたものが用いられている。

ここで、このような二次電池においては、充放電によって電極の表面にひび割れが生じたり、電極から活物質が脱落して短絡が生じたりし、これによってサイクル特性等の電池特性が大きく低下するという問題があった。

このため、従来においては、上記のように活物質と結着剤とを含む電極材料を導電性支持体に付与させた電極の表面に結着剤を塗布して、電極の強度を高めるようにしたり、導電性支持体に非水溶性結着剤を塗布して、導電性支持体と活物質との結着力を高めることが提案されている（例えば、特許文献1参照。）。

しかし、上記のように電極表面に結着剤を塗布したり、導電性支持体に非水溶性結着剤を塗布した場合においては、これにより電極の抵抗が上昇して、電池の充放電特性等が低下するという問題があった。
特開２００１−２６６８８８号公報

この発明は、正極と、酸素ガスを吸収する負極材料のペーストを集電体に塗布し、乾燥、圧延させた負極と、正極と負極との間に設けたセパレータと、アルカリ電解液とを電池容器内に収容させた二次電池において、その負極に、活物質と結着剤とを含む電極材料を導電性支持体に付与させたものを用いた場合における上記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、この発明は、上記のような二次電池において、電極の抵抗が上昇して電池の充放電特性が低下するということがなく、電極の表面にひび割れが生じたり、電極から活物質が脱落したりするのを確実に防止できるようにすると共に、正極で発生した酸素ガスを負極で適切に吸収させることを課題とするものである。

この発明においては、上記のような課題を解決するため、正極と、酸素ガスを吸収する負極と、正極と負極との間に設けたセパレータと、アルカリ電解液とを電池容器内に収容させた二次電池において、上記の負極に、活物質と結着剤とを含む電極材料を導電性支持体に付与させたものを用いた場合に、この電極の表面に上記のセパレータと同じ材料で構成された被覆層を設けるようにしたのである。

ここで、上記の二次電池の構造は特に限定されないが、電極の表面にひび割れが生じたり、電極から活物質が脱落したりするのを防止するという点からは、活物質と結着剤とを含む電極材料を導電性支持体に付与させた面積が大きいものに対して有効であり、セパレータを正極と負極との間に挟み込んで多層状、例えば渦巻き状に捲回したものに対して有効である。

また、上記のセパレータや被覆層に用いる材料についても特に限定されないが、例えば、アルカリ電解液等の電解液に対して安定であり、低融点で加工が容易なポリオレフィンを用いることが好ましい。

この発明における二次電池においては、上記のように負極に、活物質と結着剤とを含む電極材料を導電性支持体に付与させたものを用いた場合に、この電極の表面に上記のセパレータと同じ材料で構成された被覆層を設けるようにしたため、この被覆層により電極表面にひび割れが生じたり、電極から活物質が脱落したりするのが防止される。
また、この発明における二次電池においては、上記のように負極の表面にセパレータと同じ材料で構成された被覆層を設けると、この被覆層においてもセパレータと同様にガスが適切に透過されるようになり、正極で発生した酸素ガスが負極で適切に吸収されるようになる。

また、この発明における二次電池においては、上記のように被覆層にセパレータと同じ材料を用いているため、この被覆層にもセパレータと同様に電解液が適切に含浸されるようになり、従来のように電極の抵抗が上昇するのが抑制されて、電池の充放電特性等が低下するのが防止され、またセパレータの厚みを薄くすることも可能になり、活物質の充填量を多くして、電池の容量を高めることも可能になる。

以下、この発明に係る二次電池について実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例における二次電池においては、電極から活物質が脱落して短絡が生じたりするのが抑制されて、サイクル特性が低下するのが防止されることを、比較例を挙げて明らかにする。なお、この発明における二次電池は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

（実施例）
この実施例においては、正極を作製するにあたり、活物質となる水酸化ニッケル粉末を８７重量部、酸化亜鉛粉末を３重量部、水酸化コバルト粉末を１０重量部の割合で混合させ、これに結着剤のヒドロキシプロピルセルロースの０．２重量％水溶液を５０重量部加え、これらを混合して正極材料のペーストを調製した。そして、このペーストを、目付けが約６００ｇ／ｍ²，多孔度が９５％，厚みが約２ｍｍのニッケル発泡体からなる導電性支持体の両面に塗布して空孔内に充填させ、これを乾燥させ、上記の活物質密度が約２．９ｇ／ｃｍ³−ｖｏｉｄになるように圧延させた後、これを所定の寸法に切断して、非焼結式ニッケル極からなる正極を作製した。

また、負極を作製するにあたっては、活物質となる組成式ＭｍＮｉ_3.2Ｃｏ_1.0Ａｌ_0.2Ｍｎ_0.6（但し、ＭｍはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄが２５：５０：６：１９の重量比になったミッシュメタルである。）で表される平均粒径が５０μｍの水素吸蔵合金粒子１００重量部に、結着剤のポリエチレンオキシドとポリビニルピロリドンとが１：１の重量比で混合された混合物を１．０重量部加えると共に少量の水とを加え、これらを均一に混合して負極材料のペーストを調製した。そして、このペーストをニッケルめっきしたパンチングメタルからなる集電体の両面に均一に塗布し、これを乾燥し圧延させて、水素吸蔵合金電極からなる負極を作製した。

また、セパレータとしては、厚みが０．１ｍｍのポリエチレン製の不織布を使用し、電解液としては、３０重量％の水酸化カリウム水溶液からなるアルカリ電解液を使用するようにした。

また、この実施例においては、上記のように作製した正極及び負極の両面に、それぞれ上記のセパレータと同じポリエチレンのパウダーを付着させ、これをホットプレスにより加熱溶融させて、正極及び負極の両面にポリエチレンの被覆層を形成した。

そして、この実施例においては、これらを使用して設計容量が１５００ｍＡｈになった図１に示すような円筒型の二次電池を作製した。

ここで、上記の二次電池を作製するにあたっては、図１に示すように、上記のように両面にポリエチレンの被覆層を形成した正極１と負極２との間に上記のセパレータ３を介在させ、これらをスパイラル状に巻いて電池缶４内に収容させると共に、この電池缶４内に上記のアルカリ電解液を注液した後、電池缶４と正極蓋６との間に絶縁パッキン８を介して封口し、正極１を正極リード５を介して正極蓋６に接続させると共に、負極２を負極リード７を介して電池缶４に接続させ、上記の絶縁パッキン８により電池缶４と正極蓋６とを電気的に分離させた。また、上記の正極蓋６と正極外部端子９との間にコイルスプリング１０を設け、電池の内圧が異常に上昇した場合には、このコイルスプリング１０が圧縮されて電池内部のガスが大気中に放出されるようにした。

（比較例）
比較例においては、上記の実施例において作製した正極及び負極の両面にポリエチレンの被覆層を設けないようにし、それ以外は、上記の実施例の場合と同様にして、二次電池を作製した。

そして、上記のように作製した実施例及び比較例の各二次電池を、２５℃の温度条件の下で、それぞれ１５０ｍＡで１６時間充電させた後、７５０ｍＡで１．０Ｖまで放電させ、これを１サイクルとして、１０サイクルの充放電を繰り返して、各二次電池を活性化させた。

次いで、このように活性化された実施例及び比較例の各二次電池を、それぞれ２５℃の温度条件の下で、１５００ｍＡの電流で電池電圧が最大値に達した後、１０ｍＶ低下するまで充電させ、これを１０分間放置させた後、１５００ｍＡの電流で電池電圧が１．０Ｖになるまで放電させ、これを１０分間放置させるようにし、これを１サイクルとして充放電を繰り返して行った。

この結果、上記の比較例の二次電池においては、５００サイクル前に短絡が生じて寿命となったが、実施例の二次電池においては、１０００サイクルの充放電を行った時点においても、短絡が生じていなかった。

この発明の実施例及び比較例において作製した二次電池の概略断面図である。

符号の説明

１正極
２負極
３セパレータ
４電池缶
５正極リード
６正極蓋
７負極リード
８絶縁パッキン
９正極外部端子
１０コイルスプリング

Claims

正極と、酸素ガスを吸収する負極材料のペーストを集電体に塗布し、乾燥、圧延させた負極と、正極と負極との間に設けたセパレータと、アルカリ電解液とを電池容器内に収容させた二次電池において、上記の負極が、活物質と結着剤とを含む電極材料が導電性支持体に付与されてなると共に、上記の負極表面に上記のセパレータと同じ材料で構成された被覆層が設けられてなることを特徴とする二次電池。
請求項１に記載した二次電池において、上記のセパレータを正極と負極との間に挟み込んで多層状に構成したことを特徴とする二次電池。
請求項１又は請求項２に記載した二次電池において、上記のセパレータ及び被覆層の材料にポリオレフィンを用いたことを特徴とする二次電池。