JPH0559747U - リチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デンドライトリチウムによって短絡しないリ
チウム二次電池の電池構造、特に電極形状を見いだすこ
とを目的とする。 【構成】 正極及び負極を具備するリチウム二次電池に
おいて、正極の角が丸められているリチウム二次電池と
することにより、上記目的を達成できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はリチウム二次電池に関するもので、さらに詳しくはその正極形状に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

リチウム二次電池は、正極に酸化物や導電性高分子を用い、負極に金属リチウ ム、リチウム合金あるいは有機焼成体を用いるものが知られており研究されてい る。中でも正極に酸化物を用い、負極に金属リチウムを用いるものは高エネルギ ー密度が得られることから注目され、盛んに研究されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来から研究されている金属リチウムを用いたリチウム二次電池には 長寿命のものがなく、十分な特性のリチウム二次電池は得られていない。その原 因のひとつにはデンドライトリチウムと呼ばれる針状結晶の成長がある。デンド ライトリチウムが成長し、その先端がセパレータを貫通して正極に触れて短絡し ていまい、電池の寿命が早く尽きるということが知られている。図１に従来の積 層型電池の断面図を示す。

【０００４】 そこで本考案者らはリチウム二次電池の長寿命化を図るために、短絡原因につ いてより詳細な研究を行ったところ、デンドライトリチウムがセパレータを貫通 する部分は負極の角に集中していることが判った。これは図１に示したような電 極形状の場合、負極周辺部特に角の部分に電流が集中するためにデンドライトリ チウムの成長が顕著となり、角の部分で短絡しやすくなるという問題点があるこ とが判った。 本考案は上記問題点を解消するために、デンドライトリチウムによって短絡し ない電池構造、特に電極形状を見いだすことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

正極の角が丸められていることを特徴とするリチウム二次電池によって構成さ れるものである。

【０００６】

【作用】

負極の周辺部分にデンドライトリチウムが集中的に生成する理由は、エッジ効 果のために電流が集中したためだと考えられる。このことが特に負極の角では顕 著に起こる。なぜなら角は２辺が共有しているために、電流がより集中しやすい と考えられるからである。 これに対し正極の角が丸められている場合には、電流が正極と対向していない 負極面に分散して流れるために負極の角に集中することがなく、短絡しにくくな ると考えられる。このときの角の丸める度合としては電極の大きさにもよるが半 径３ｍｍ以上であるとその効果が顕著に現れる。より好ましくは５ｍｍ以上であ るがあまり大きくしても効果は変わらず、むしろ正極面積の減少により電池容量 が減少してしまい好ましくない。

【０００７】

【実施例】

以下本考案の詳細について実施例に基づき説明する。 正極活物質にＬｉ_1+x Ｖ₃ Ｏ₈ を用い、負極活物質にリチウムを用いて積層型 のリチウム二次電池を試作した。試作した電池の断面図を図２、図３に示す。電 池は以下のような手順で作製した。 正極活物質とアセチレンブラック及びポリテトラフルオロエチレン粉末とを重 量比８０：１５：５で混合し、トルエンを加えて十分混練した。 これをローラープレスにより厚み０．４ｍｍのシート状に成形した。次にこれ を所定寸法に裁断した後、２枚のシートの間にアルミのエキスパンドを入れ、ロ ーラープレスにより圧着して厚み０．７ｍｍの正極を得た。これを裁断して縦、 横５０ｍｍの正極板とした。電池にはこのようにして得られた正極板を減圧下２ ００℃で１５時間熱処理したものを用いた。 負極は厚み０．３ｍｍのリチウム箔を所定寸法に裁断した後、正極と同様にし てローラープレスにより鉄箔に圧着して厚み０．７ｍｍとしたものを、同じく縦 、横５０ｍｍに裁断して負極板として用いた。

【０００８】 次にセパレータ３として３方を閉じて袋状としたポリプロピレン性の微多孔膜 を用意した。このセパレータの中に負極を１枚ずつ入れて用いた。 このようにして作製した正極１及び負極２を、負極２が両端に来るように交互 に積み重ね、極群とした。極群と蓋６についている端子５の間はスポット溶接に より接続した。極群を電槽７内に挿入した後、電槽７と蓋６をＡｒシールドＴＩ Ｇ溶接により封口した。電解液４にはプロピレンカーボネイトとジメトキシエタ ンの同体積混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＣｌＯ₄ を溶解したものを用いた。電 解液４は注液口８から注入され、注液口８は溶接により封口された。 このような手順で積層型リチウム二次電池は作製された。ただし、正極１は４ つの角をいずれも半径３ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍで丸めたものと角を 丸めていないものを作製して用いた。半径３ｍｍで丸めたものを電池Ａとし、以 降は順次５ｍｍのものを電池Ｂ、１０ｍｍのものを電池Ｃ、１５ｍｍのものを電 池Ｄ、丸めていないものを電池Ｅとした。

【０００９】 次に、本考案の効果を確認するために、電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを用いて充放 電試験を行った。試験条件は充電電流１Ａ、充電終止電圧３．５Ｖ、放電電流１ Ａ、放電終止電圧２．０Ｖとした。 図４にサイクル数（回）とＡｈ効率（％）の関係を示す。Ａｈ効率は充電容量 （Ａｈ）に対する放電容量（Ａｈ）をパーセントで表したものである。図４から ４１サイクル目まではいずれの電池もＡｈ効率がほぼ１００％であることから、 良好なサイクル特性を示していることが判る。しかし、４２サイクル目以降電池 ＥのＡｈ効率が徐々に低下し、４６サイクル目以降急激に低下していることが判 る。

【００１０】 この結果から電池Ｅでは４２サイクル目に微短絡が発生し、その程度が４６サ イクル目ではひどくなったものと考えられる。なぜなら一般的に短絡が発生する と、その部分で電流が消費されてしまい本来の充電に使われる電流量が減少する ために、見かけの充電量が増加することが知られている。またその程度がひどい 場合には、抵抗の低い短絡部分にほとんどの電流が流れてしまい、充電ができな くなることが知られている。 また電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはいずれも１００サイクルまでほぼ１００％のＡｈ効 率を示したことから、本発明の効果が大きいことが判る。 ただし、角を丸めるときの半径を１５ｍｍとした電池Ｄは、角を丸めないもの に比べ放電容量（Ａｈ）が約１０％減少した。これは電極面積が減少したためで ある。このことから極板面積に応じた丸めるときの半径を選択する必要があるこ とが判る。

【００１１】

【考案の効果】

上述した如く、角が丸められた正極を用いた場合、そうでない場合に比べて良 好なサイクル特性を示す。その結果、本考案による角の丸められた正極を用いた リチウム二次電池はサイクル寿命が非常に長く、かつ安全なリチウム二次電池を 提供することができる。 なお、本考案は実施例に記載された電極製法、電極形状及び電極形状などに限 定されるものではなく、ペースト式の電極製法やスパイラル型の電池形状にも適 用可能である。また角は丸めるだけでなく、角を三角形に裁断するだけでも若干 の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の積層型電池の正断面図である。

【図２】本考案のリチウム二次電池の正断面図である。

【図３】本考案のリチウム二次電池の側断面図である。

【図４】サイクル数とＡｈ効率との関係図である。

【符号の説明】

１ 正極 ２ 負極 ３ セパレータ ４ 電解液 ５ 端子 ６ 蓋 ７ 電槽 ８ 注液口

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極及び負極を具備するリチウム二次電
   池において、正極の角が丸められていることを特徴とす
   るリチウム二次電池。