JPH10270004A - 蓄電装置 - Google Patents
蓄電装置Info
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- JPH10270004A JPH10270004A JP9090280A JP9028097A JPH10270004A JP H10270004 A JPH10270004 A JP H10270004A JP 9090280 A JP9090280 A JP 9090280A JP 9028097 A JP9028097 A JP 9028097A JP H10270004 A JPH10270004 A JP H10270004A
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- JP
- Japan
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- separator
- positive
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- power storage
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高容量で安全な蓄電装置を提供する。
【解決手段】正負の電極と、これら電極の間に存在して
電極の間隔を定めるとともに電解質を保持する多孔質の
セパレータとを備えた蓄電装置において、セパレータの
気孔率が、正極側から負極側に向かって減少しているこ
とを特徴とする。
電極の間隔を定めるとともに電解質を保持する多孔質の
セパレータとを備えた蓄電装置において、セパレータの
気孔率が、正極側から負極側に向かって減少しているこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の蓄電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の
蓄電装置全般に属する。
次電池等の蓄電池、あるいは電気二重層キャパシタ等の
蓄電装置全般に属する。
【０００２】
【従来の技術】一般に電気化学電池の構造は、正極及び
負極と、両極間に介在する電解質とを備え、これらが電
池ケースに収容されている。電池ケースには安全弁が設
けられて、爆発時に安全弁のみが破裂してケース全体の
飛散を防止している。電解質が液体の場合は、正負両極
の短絡防止のための多孔質のセパレータが両極間に介在
させられ、そのセパレータの気孔内部に電解液が浸透さ
せられる。固体電解質の場合は、それが両極の間隔を維
持するので、セパレータに代わって短絡防止機能も有す
る。いずれの場合も正極及び負極は、電気化学反応に直
接関与する活物質、あるいは電気化学反応に関与するイ
オンを吸蔵及び放出する物質（以下、「ホスト物質」と
いう。）に結着剤などを混ぜ合わせた合剤を導電性の正
極又は負極の集電体に保持したものとされる。
負極と、両極間に介在する電解質とを備え、これらが電
池ケースに収容されている。電池ケースには安全弁が設
けられて、爆発時に安全弁のみが破裂してケース全体の
飛散を防止している。電解質が液体の場合は、正負両極
の短絡防止のための多孔質のセパレータが両極間に介在
させられ、そのセパレータの気孔内部に電解液が浸透さ
せられる。固体電解質の場合は、それが両極の間隔を維
持するので、セパレータに代わって短絡防止機能も有す
る。いずれの場合も正極及び負極は、電気化学反応に直
接関与する活物質、あるいは電気化学反応に関与するイ
オンを吸蔵及び放出する物質（以下、「ホスト物質」と
いう。）に結着剤などを混ぜ合わせた合剤を導電性の正
極又は負極の集電体に保持したものとされる。
【０００３】例えば、近年携帯電話、携帯用パソコン等
の小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待さ
れているリチウムイオン電池においては、リチウムイオ
ンを吸蔵及び放出できる炭素をホスト物質として含む負
極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リチウム
コバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物のよ
うにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする正極
活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してなる正極
板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板との間
に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを備えて
いる。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等のリチウ
ム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなるが、固
体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合は前述
の通りセパレータは必須でない。極板の集電体として
は、それ自体の導電性が必要であることから、銅、アル
ミニウムなどの金属の箔が一般的に用いられている。
の小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待さ
れているリチウムイオン電池においては、リチウムイオ
ンを吸蔵及び放出できる炭素をホスト物質として含む負
極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リチウム
コバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化物のよ
うにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をする正極
活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してなる正極
板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板との間
に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを備えて
いる。電解質は通常ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＰＦ6等のリチウ
ム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなるが、固
体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合は前述
の通りセパレータは必須でない。極板の集電体として
は、それ自体の導電性が必要であることから、銅、アル
ミニウムなどの金属の箔が一般的に用いられている。
【０００４】一方、ＩＣやメモリのバックアップ用の小
電力直流電源として使用されている電気二重層キャパシ
タの場合、その構成は、活性炭のような表面積の大きい
材料と結着剤とで成形した２枚の電極を、多孔質のセパ
レータを介して対向させて配置し、セパレータに電解液
を浸透させたものである。
電力直流電源として使用されている電気二重層キャパシ
タの場合、その構成は、活性炭のような表面積の大きい
材料と結着剤とで成形した２枚の電極を、多孔質のセパ
レータを介して対向させて配置し、セパレータに電解液
を浸透させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気化学電池
にしろ電気二重層キャパシタにしろ、電極材料はいずれ
も上記の如く粉末であるから、たとえ板状に成形されて
いても、極表面においては凹凸を有する。このためセパ
レータと電極との間隔は厳密には電極の面方向に一様で
はない。その結果、面方向で充放電時の電流分布が異な
り、例えば負極の充電時にセパレータとの間隔が狭い部
分では完全充電となっていても電極全体としては完全充
電となっていないので、充電が続けられ、局部的に過充
電となる。そして、電極や電解質の種類にもよるが、過
充電は電解液の分解やリチウム金属の電析（リチウム電
池の場合）等の不可逆反応を伴い、容量を低下させる。
また、電析したリチウム金属は、放電しないから異常高
温時に溶けて正極へ移動し爆発する危険がある。そこ
で、従来は局部的な過充電を防止するために、充電容量
を負極の理論容量の６０〜８０％に抑制しなければなら
なかった。それ故、本発明の目的は、従来のセパレータ
と異なる構成により、高容量で安全な蓄電装置を提供す
ることにある。
にしろ電気二重層キャパシタにしろ、電極材料はいずれ
も上記の如く粉末であるから、たとえ板状に成形されて
いても、極表面においては凹凸を有する。このためセパ
レータと電極との間隔は厳密には電極の面方向に一様で
はない。その結果、面方向で充放電時の電流分布が異な
り、例えば負極の充電時にセパレータとの間隔が狭い部
分では完全充電となっていても電極全体としては完全充
電となっていないので、充電が続けられ、局部的に過充
電となる。そして、電極や電解質の種類にもよるが、過
充電は電解液の分解やリチウム金属の電析（リチウム電
池の場合）等の不可逆反応を伴い、容量を低下させる。
また、電析したリチウム金属は、放電しないから異常高
温時に溶けて正極へ移動し爆発する危険がある。そこ
で、従来は局部的な過充電を防止するために、充電容量
を負極の理論容量の６０〜８０％に抑制しなければなら
なかった。それ故、本発明の目的は、従来のセパレータ
と異なる構成により、高容量で安全な蓄電装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の蓄電装置は、正負の電極と、これら電極の
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータとを備えた蓄電装置において、
セパレータの気孔率が、正極側から負極側に向かって減
少していることを特徴とする。
に、本発明の蓄電装置は、正負の電極と、これら電極の
間に存在して電極の間隔を定めるとともに電解質を保持
する多孔質のセパレータとを備えた蓄電装置において、
セパレータの気孔率が、正極側から負極側に向かって減
少していることを特徴とする。
【０００７】本発明の作用を図面とともに説明する。図
１は、蓄電装置の負極とセパレータとの界面を示す断面
図である。既述の通り、負極１の極表面は凹凸を有す
る。また、セパレータ２の気孔率は負極に近づくに連れ
て減少しているが、図示及び説明の便宜上、図面では負
極１に近づくに連れて気孔３の内径を小さくしてある。
従って、セパレータ２の負極側表面付近の抵抗は、セパ
レータ２と負極１との凹凸状の間隔の抵抗よりも大き
い。このため、充電時にセパレータの気孔内部を正極か
ら負極に向かう正電荷（Ｌｉ+等）の移動は、セパレー
タの負極側表面が律速段階となり、そこで電流分布が均
一化される。その結果、局部的な過充電がなくなり充電
容量を増やすことができる。リチウムイオン二次電池に
おいて、万一リチウムイオンが電析しても、電析によっ
て負極に生じるリチウム金属は面方向に均一で微細なも
のに止まり、放電可能である。従って、安全である。
１は、蓄電装置の負極とセパレータとの界面を示す断面
図である。既述の通り、負極１の極表面は凹凸を有す
る。また、セパレータ２の気孔率は負極に近づくに連れ
て減少しているが、図示及び説明の便宜上、図面では負
極１に近づくに連れて気孔３の内径を小さくしてある。
従って、セパレータ２の負極側表面付近の抵抗は、セパ
レータ２と負極１との凹凸状の間隔の抵抗よりも大き
い。このため、充電時にセパレータの気孔内部を正極か
ら負極に向かう正電荷（Ｌｉ+等）の移動は、セパレー
タの負極側表面が律速段階となり、そこで電流分布が均
一化される。その結果、局部的な過充電がなくなり充電
容量を増やすことができる。リチウムイオン二次電池に
おいて、万一リチウムイオンが電析しても、電析によっ
て負極に生じるリチウム金属は面方向に均一で微細なも
のに止まり、放電可能である。従って、安全である。
【０００８】これに対し、従来の蓄電装置は、セパレー
タの気孔分布が一様であるから、負極側表面が電荷移動
の律速段階とならない。そのため、セパレータと負極と
の間隔が狭い部分（図中の一点鎖線Ａの範囲）で局部的
に完全充電されているのに、間隔が広い部分（図中の一
点鎖線Ｂの範囲）では充電不足であるから、充電が続け
られる。その結果、Ａの部分で局部的に過充電となる。
タの気孔分布が一様であるから、負極側表面が電荷移動
の律速段階とならない。そのため、セパレータと負極と
の間隔が狭い部分（図中の一点鎖線Ａの範囲）で局部的
に完全充電されているのに、間隔が広い部分（図中の一
点鎖線Ｂの範囲）では充電不足であるから、充電が続け
られる。その結果、Ａの部分で局部的に過充電となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】前記セパレータは、例えばポリプ
ロピレンやポリエチレン等の有機高分子からなる多孔質
フィルムであり、それに電解液が浸透させられる。電解
質としてポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル
等の固体電解質を用いる場合は、それ自体が電極の間隔
を定めてセパレータを兼ねるので、別個のセパレータは
必要でない。ただし、その場合も電解液を固体電解質に
浸透させておくと電池反応の効率上良い。
ロピレンやポリエチレン等の有機高分子からなる多孔質
フィルムであり、それに電解液が浸透させられる。電解
質としてポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル
等の固体電解質を用いる場合は、それ自体が電極の間隔
を定めてセパレータを兼ねるので、別個のセパレータは
必要でない。ただし、その場合も電解液を固体電解質に
浸透させておくと電池反応の効率上良い。
【００１０】前記蓄電装置として好適なものは、リチウ
ムイオン二次電池である。本発明によりリチウムイオン
の電析が防止されるか又は電析しても均一で微量に止ま
るからである。また、前記蓄電装置は電気二重層キャパ
シタであっても良い。電気二重層キャパシタの電極の極
表面も凹凸を有するが、本発明により電気二重層キャパ
シタの過充電も防止されるからである。
ムイオン二次電池である。本発明によりリチウムイオン
の電析が防止されるか又は電析しても均一で微量に止ま
るからである。また、前記蓄電装置は電気二重層キャパ
シタであっても良い。電気二重層キャパシタの電極の極
表面も凹凸を有するが、本発明により電気二重層キャパ
シタの過充電も防止されるからである。
【００１１】
−実施例１− これは、本発明をリチウムイオン二次電池に適用した実
施例である。この電池は、正極板、負極板及びセパレー
タからなる電極群が非水系の電解液とともに電池ケース
に収納された角形リチウムイオン二次電池である。
施例である。この電池は、正極板、負極板及びセパレー
タからなる電極群が非水系の電解液とともに電池ケース
に収納された角形リチウムイオン二次電池である。
【００１２】正極板は、厚さ２０μｍ、幅２９ｍｍのＡ
ｌ箔からなる集電体に活物質としてのリチウムコバルト
複合酸化物を含む合剤層が保持されたものである。正極
合剤は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン８部と導電
剤であるアセチレンブラック５部とを活物質８７部とと
もに混合してペースト状に調製された。その合剤を、そ
の集電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによ
って正極板が製作された。
ｌ箔からなる集電体に活物質としてのリチウムコバルト
複合酸化物を含む合剤層が保持されたものである。正極
合剤は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン８部と導電
剤であるアセチレンブラック５部とを活物質８７部とと
もに混合してペースト状に調製された。その合剤を、そ
の集電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによ
って正極板が製作された。
【００１３】負極板は、厚さ１４μｍ、幅３１ｍｍのＣ
ｕ箔からなる集電体にホスト物質としての黒鉛を含む合
剤層が保持されたものである。負極合剤は、黒鉛粉末８
６部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン１４部とを
混合してペースト状に調製された。その合剤を、その集
電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによって
負極板が製作された。
ｕ箔からなる集電体にホスト物質としての黒鉛を含む合
剤層が保持されたものである。負極合剤は、黒鉛粉末８
６部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン１４部とを
混合してペースト状に調製された。その合剤を、その集
電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによって
負極板が製作された。
【００１４】セパレータは、ポリイミド微多孔膜であ
る。これは、分子量約８０００のポリイミド粉末をＮ−
メチルピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解しペースト状に調
整し、これを離型紙に展開した後、水中に浸けてＮＭＰ
を除去し乾燥し離型紙を剥離することによって製作され
た。得られたセパレータの断面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、離型紙側の表面のほうが、その反対側の
表面よりも気孔率が４０％小さかった。
る。これは、分子量約８０００のポリイミド粉末をＮ−
メチルピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解しペースト状に調
整し、これを離型紙に展開した後、水中に浸けてＮＭＰ
を除去し乾燥し離型紙を剥離することによって製作され
た。得られたセパレータの断面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、離型紙側の表面のほうが、その反対側の
表面よりも気孔率が４０％小さかった。
【００１５】各々の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、
幅２９ｍｍで、セパレータ５が厚さ２５μｍ、幅３３ｍ
ｍで、負極板が厚さ２２０μｍ、幅３１ｍｍとなってお
り、セパレータの気孔率の少ない方が負極板と対向する
ように順に重ね合わせてポリエチレンの巻芯を中心とし
て、その周囲に長円渦状に巻いた後、負極端子を兼ねる
電池ケースに収納し、電解液を注入した。電解液は、Ｌ
ｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボネート：ジ
エチルカーボネート＝１：１（体積比）の混合液であ
る。
幅２９ｍｍで、セパレータ５が厚さ２５μｍ、幅３３ｍ
ｍで、負極板が厚さ２２０μｍ、幅３１ｍｍとなってお
り、セパレータの気孔率の少ない方が負極板と対向する
ように順に重ね合わせてポリエチレンの巻芯を中心とし
て、その周囲に長円渦状に巻いた後、負極端子を兼ねる
電池ケースに収納し、電解液を注入した。電解液は、Ｌ
ｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボネート：ジ
エチルカーボネート＝１：１（体積比）の混合液であ
る。
【００１６】この電池を負極の理論容量の８８％まで充
電した後、６００ｍＡ、４．１Ｖの定電流定電圧で１．
５時間充電し、６００ｍＡの定電流で２．７５Ｖまで放
電するサイクルを繰り返したところ、５００サイクル経
っても初期の放電容量に対して８０％の放電容量を維持
することができた。
電した後、６００ｍＡ、４．１Ｖの定電流定電圧で１．
５時間充電し、６００ｍＡの定電流で２．７５Ｖまで放
電するサイクルを繰り返したところ、５００サイクル経
っても初期の放電容量に対して８０％の放電容量を維持
することができた。
【００１７】−比較例− セパレータとして市販のポリエチレン微多孔膜を使用し
た以外は実施例１と同一条件で電池を製造し、充放電サ
イクルを実施したところ、１００サイクルの時点で放電
容量が初期の５０％に低下した。
た以外は実施例１と同一条件で電池を製造し、充放電サ
イクルを実施したところ、１００サイクルの時点で放電
容量が初期の５０％に低下した。
【００１８】−実施例２− これは、セパレータに代えてポリマー固体電解質を使用
したリチウムイオン二次電池の例である。本例では電解
質は、ポリフッ化ビニリデンからなる多孔質の固体電解
質膜である。これは、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチ
ルピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解しペースト状に調整
し、これを離型紙に展開した後、水中に浸けてＮＭＰを
除去し乾燥し離型紙を剥離することによって製作され
た。得られた固体電解質の断面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、離型紙側の表面のほうが、その反対側の
表面よりも気孔率が５５％小さかった。
したリチウムイオン二次電池の例である。本例では電解
質は、ポリフッ化ビニリデンからなる多孔質の固体電解
質膜である。これは、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチ
ルピロリドン（ＮＭＰ）中に溶解しペースト状に調整
し、これを離型紙に展開した後、水中に浸けてＮＭＰを
除去し乾燥し離型紙を剥離することによって製作され
た。得られた固体電解質の断面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、離型紙側の表面のほうが、その反対側の
表面よりも気孔率が５５％小さかった。
【００１９】セパレータに代えてこの固体電解質を用い
る以外は実施例１と同一条件で電池を製造し、充放電サ
イクルを実施したところ、５００サイクル経っても初期
の８２％の放電容量を維持することができた。
る以外は実施例１と同一条件で電池を製造し、充放電サ
イクルを実施したところ、５００サイクル経っても初期
の８２％の放電容量を維持することができた。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電装
置を高容量で安全なものとすることができるので、携帯
用電子機器の部品として有益である。
置を高容量で安全なものとすることができるので、携帯
用電子機器の部品として有益である。
【図１】 本発明の作用を説明するためのセパレータと
負極の厚さ方向断面図である。
負極の厚さ方向断面図である。
１ 負極 ２ セパレータ ３ 気孔
Claims (4)
- 【請求項１】正負の電極と、これら電極の間に存在して
電極の間隔を定めるとともに電解質を保持する多孔質の
セパレータとを備えた蓄電装置において、 セパレータの気孔率が、正極側から負極側に向かって減
少していることを特徴とする蓄電装置。 - 【請求項２】前記セパレータが固体電解質である請求項
１に記載の蓄電装置。 - 【請求項３】前記蓄電装置がリチウムイオン二次電池等
の非水電解質二次電池である請求項１又は２に記載の蓄
電装置。 - 【請求項４】前記蓄電装置が電気二重層キャパシタであ
る請求項１に記載の蓄電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090280A JPH10270004A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9090280A JPH10270004A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270004A true JPH10270004A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13994116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9090280A Pending JPH10270004A (ja) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | 蓄電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270004A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001102089A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Tdk Corp | 固体状電解質、電気化学素子、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタ |
| WO2002027858A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. | Pile secondaire au lithium |
| WO2002027855A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sharp Corporation | Pile secondaire au lithium-polymere |
| JP2002187925A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-07-05 | Samsung Sdi Co Ltd | 高分子電解質およびこれを使用したリチウム電池 |
-
1997
- 1997-03-24 JP JP9090280A patent/JPH10270004A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001102089A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Tdk Corp | 固体状電解質、電気化学素子、リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタ |
| WO2002027858A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. | Pile secondaire au lithium |
| WO2002027855A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sharp Corporation | Pile secondaire au lithium-polymere |
| JP2002187925A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-07-05 | Samsung Sdi Co Ltd | 高分子電解質およびこれを使用したリチウム電池 |
| US7192675B2 (en) | 2000-09-29 | 2007-03-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Lithium polymer secondary battery |
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