JPH0855637A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH0855637A
JPH0855637A JP6212041A JP21204194A JPH0855637A JP H0855637 A JPH0855637 A JP H0855637A JP 6212041 A JP6212041 A JP 6212041A JP 21204194 A JP21204194 A JP 21204194A JP H0855637 A JPH0855637 A JP H0855637A
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JP
Japan
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battery
electrode group
electrode
lithium
swelling
Prior art date
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Pending
Application number
JP6212041A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Yoshida
吉田  浩明
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0855637A publication Critical patent/JPH0855637A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【目的】内部抵抗が低くかつ充放電サイクルの進行にと
もなう電池の膨れのない非水電解液二次電池を提供す
る。 【構成】リチウムを吸蔵放出する物質からなる負極と、
正極と、セパレータとを長円渦巻状に巻回してなる電極
群を電池ケースに収納した電池。長円渦巻電極群の中心
部に耐電解液性の弾性体を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器の駆動用電源
もしくはメモリ保持電源あるいは、電気自動車用電池と
しての高エネルギー密度でかつ高い安全性を有する非水
電解液二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】電子機器の急激なる小形軽量
化に伴い、その電源である電池に対して小形で軽量かつ
高エネルギー密度で、更に繰り返し充放電が可能な二次
電池の開発への要求が高まっている。これら要求を満た
す二次電池として、非水電解液二次電池が最も有望であ
る。
【0003】非水電解液二次電池の正極活物質には、二
硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化
物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジ
ウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のものが検討さ
れている。なかでも、リチウムコバルト複合酸化物(Li
xCoO2 )は、4V(Li/Li+ ) 以上のきわめて貴な電位で
充放電を行うため、正極として用いることで高い放電電
圧を有する電池が実現できる。
【0004】非水電解液二次電池の負極活物質は、金属
リチウムをはじめとしてリチウムの吸蔵・放出が可能な
Li−Al合金や炭素材料など種々のものが検討されて
いるが、なかでも炭素材料は、安全性が高くかつサイク
ル寿命の長い電池が得られるという利点がある。
【0005】リチウム塩には、過塩素酸リチウム、トリ
メタンスルホン酸リチウム、六フッ化燐酸リチウムなど
が一般に用いられている。なかでも六フッ化燐酸リチウ
ムは、安全性が高くかつ溶解させた電解液のイオン導電
率が高いという理由から近年盛んに用いられるようにな
ってきた。
【0006】電池の形には、大きく円筒形および角形の
2種類がある。円筒形に比べ角形はスペース効率に優れ
るという特徴を有するため近年その需要が高まりつつあ
る。電極群の構造は、従来の鉛電池、ニッケル・カドミ
ウム電池、ニッケル・水素電池などの角形電池において
は、短冊状の負極板と正極板と交互に積層した構造を有
していたが、非水電解液二次電池においては、電解液の
イオン導伝率が水溶液系に比べ約2桁低いために、負極
と、正極と、セパレータとを長円渦巻状に巻回してなる
構造が一般的である。これは、水溶液系電池と同等の放
電性能を得るために電極を薄くし電極対向面積を大きく
しているためである。
【0007】長円渦巻状電極群の巻芯の処理の方法は、
巻芯を抜き取り中空部を残す方法および巻芯を挿入する
方法の2種類が考えられる。我々は、リチウムコバルト
複合酸化物(Lix CoO2 )正極と、炭素材料負極と、セ
パレータとを長円渦巻状に巻回してなる電極群を、電池
ケースに収納した電池を上記2種類の方法で試作した。
その結果、前者の方法では電池の内部抵抗が大きくな
り、後者の方法では電池の内部抵抗は低くなるものの充
放電サイクルの進行にともなう電池の膨れが生じた。電
池の膨れは、近年高集漬化が進んでいる電子機器におい
ては周辺部品の破壊や、電池収納ケースの破壊などを引
き起こす。また、組電池においては、電池間の接続リー
ドの切断や、リードを接続している端子の変形など様々
な問題を引き起こす。
【0008】そこで、内部抵抗が低くかつ充放電サイク
ルの進行にともなう電池の膨れのない非水電解液二次電
池が求められていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、リチウムを吸
蔵放出する物質からなる負極と、正極と、セパレータと
を長円渦巻状に巻回してなる電極群を電池ケースに収納
した電池において、上記長円渦巻電極群の中心部に耐電
解液性の弾性体を具備することで上記問題を解決するも
のである。
【0010】
【作用】正極活物質であるリチウムコバルト複合酸化物
(Lix CoO2 )は層状構造を有するが、リチウムイオン
の脱離をともなう充電反応の進行とともに、コバルト−
酸素層間が伸び、結晶が膨張することが知られている。
負極に用いる炭素材料も、層状構造を有しリチウムの挿
入にともなう充電反応の進行とともに、結晶が膨張する
ことが知られている。すなわち、これら正負極からなる
発電要素は、充電反応において体積が膨張し、放電反応
において収縮することとなる。
【0011】長円渦巻状電極群の中心に巻芯を挿入した
電池において、充放電サイクルの進行にともない電池に
膨れが生じた原因として、活物質の膨張収縮によって膨
潤した電極が内部から電池を圧迫したことが考えられ
る。一方、巻芯を抜き取り中空部を残した電池において
内部抵抗が大きくなったのは、長円渦巻状電極の直線部
が電極群の中空部内へたわみ込むことで、極間距離が増
大したことが考えられる。
【0012】本発明のように、長円渦巻電極群の中心部
に耐電解液性の弾性体を具備した場合は、弾性体が電極
群の中空部へのたわみを防止し、かつ充放電サイクルの
進行にともなう電極の膨潤を吸収するので、従来のよう
な弊害は起こりにくい。
【0013】
【実施例】以下に、好適な実施例を用いて本発明を説明
する。
【0014】正極板は、リチウムコバルト複合酸化物
(Lix CoO2 )と導電剤としてのカーボン粉末および結
着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを91:2:7の
重量比で混合し、有機溶剤を用いて調製したペースト
を、厚み20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布
後乾燥処理したものである。
【0015】負極板は、黒鉛と結着剤としてのフッ素樹
脂粉末とを91:9の重量比で混合し、有機溶剤を用い
て調製したペーストを厚み18μmの銅箔の両面に均一
に塗布後乾燥処理をしたものである。
【0016】図1は本発明の実施例の縦断面図である。
正極板1と負極板2とを幅22mm、厚さ25μmのポ
リプロピレン微多孔膜からなるセパレータ3を介して幅
33mm、厚さ1.0mmの巻軸で長円渦巻状に巻いて
電極群を作製した。巻芯を引き抜いた中空部に、幅20
mm、長さ30mm、厚さ2.0mmの連続気泡ポリエ
チレンフォーム(三和化工株式会社製、オプセルLC−
300WE)を挿入後外寸6.4mm×22mm×46
mmの電池ケースに挿入した。
【0017】有機電解液にはエチレンカーボネート(E
C)とジメチルカーボネート(DMC )とジエチルカーボ
ネート(DEC )とを体積比2:2:1で混合した溶媒
に、1モル/リットルの6フッ化燐酸リチウムを溶解さ
せたものを用いた。
【0018】上記の本発明の有機電解液二次電池を
(A)とする。比較のために、巻芯を引き抜いた中空部
に連続気泡ポリエチレンフォームを挿入しないことの他
は(A)と同様の構成とした比較電池を(ア)と呼び、
中空部に幅20mm、長さ30mm、厚さ1.0mmの
ポリエチレン板を挿入した比較電池を(イ)と呼ぶ。電
池は各条件について10個ずつ作製した。
【0019】これらの電池を、1KHzの交流インピー
ダンスにより内部抵抗を測定した結果を表1にまとめた
(10個の平均値)。表1の結果から明らかなように、
電極群の中心に中空部を有する比較電池(ア)は、電池
の内部抵抗が大きくなることがわかる。
【0020】
【表1】 次に、これら電池を0.2Cの定電流で、端子電圧が
4.1Vに至るまで充電、つづいて同じく0.2Cの定
電流で、端子電圧が3Vに達するまで放電する充放電サ
イクル試験を室温下で100サイクルおこなった。放電
状態で停止した後、電池の膨れの測定をおこなった。各
電池のサイクル試験前後の電池中央部の厚みを表2に示
す(10個平均値)。表2の結果から明かなように、比
較電池(イ)では、電池厚みが増大しているのに対し、
本発明電池(A)では厚みの増大が見られない。
【0021】
【表2】 なお、上記実施例では正極活物質としてリチウムコバル
ト複合酸化物を用いる場合を説明したが、二硫化チタン
をはじめとして二酸化マンガン、スピネル型リチウムマ
ンガン酸化物(LixMn2 O4 ) 、五酸化バナジウムおよび
三酸化モリブデンなどの種々のものを用いることができ
る。また、負極として炭素材料を用いたが、本発明の正
極を使用するにあたり、負極活物質は基本的に限定され
ず従来の非水電解液二次電池に用いられている負極活物
質、たとえば純リチウム、リチウム合金などを用いるこ
とができる。
【0022】さらに、リチウムイオン伝導性物質である
電解液も基本的に限定されず、従来の有機電解液二次電
池に用いられているものを用いることができる。たとえ
ば、有機溶媒としては非プロトン溶媒であるエチレンカ
ーボネイトなどの環状エステル類およびテトラハイドロ
フラン,ジオキソランなどのエーテル類があげられ、こ
れら単独もしくは2種以上を混合した溶媒を用いること
が出来る。また、このような非水溶媒あるいは固体のイ
オン導電体に溶解される支持電解質も基本的に限定され
るものではない。たとえば、 LiAsF6 ,LiPF6 ,LiCF3
SO3 などの1種以上を用いることができる。
【0023】上記実施例では、耐電解液性の弾性体とし
て連続気泡ポリエチレンフォームを用いる場合を説明し
たが、材質および弾性体の種類は特に限定されない。材
質としては、ポリエチレンの他にポリプロピレンやフッ
素樹脂などのプラスチック、ブチルゴムやエチレンプル
ピレンゴムなどのゴム、ステンレス鋼や銅などの金属材
料を用いることができが、コスト面からポリエチレンな
どのポリオレフィン系樹脂を用いるのが好ましい。弾性
体の構造としては、連続気泡多孔体の他に閉塞気泡多孔
体、スプリング、板バネなどが考えられるが、余剰電解
液の保持性およびコストなどを考慮すると連続気泡多孔
体が好ましいと考えられる。
【0024】
【発明の効果】上述したごとく、リチウムを吸蔵放出す
る物質からなる負極と、正極と、セパレータとを長円渦
巻状に巻回してなる電極群を電池ケースに収納した電池
において上記長円渦巻電極群の中心部に耐電解液性の弾
性体を具備することで内部抵抗が小さくかつ、充放電サ
イクルの進行にともなう電池の膨れが生じない非水電解
液二次電池を提供することができ、その工業的価値は極
めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】非水電解液二次電池の縦断面図。
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 3 セパレータ 4 電池ケース 5 正極端子 6 ガスケット 7 電池蓋 8 スペーサー 9 連続発泡ポリエチレンフォーム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムを吸蔵放出する物質からなる負極
    と、正極と、セパレータとを長円渦巻状に巻回してなる
    電極群が電池ケースに収納された非水電解液二次電池に
    おいて、 上記長円渦巻電極群の中心部に耐電解液性の弾性体を有
    することを特徴とする非水電解液二次電池。
JP6212041A 1994-08-11 1994-08-11 非水電解液二次電池 Pending JPH0855637A (ja)

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