JPS63121271A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非水電解液二次電池の改良に関するものであ
る。

従来の技術 近年、非水電解液リチウム−次電池の特長である高電圧
、高エネルギー密度、貯蔵性などの高信頼性あるいは小
形・軽量化ができるなどの利点を生かし、更に、鉛電池
やニカド電池などの有する充電可逆性を付与させようと
するリチウム電池の二次電池化が最んに行なわれている
。

この中で負極材料としては、金属リチウムあるいはリチ
ウムの金属間化合物を含有した合金が検討されている。

いずれにせよ、リチウムはリチウムイオンとなって放電
時には電解液中に溶解し、充電時に金属リチウムでは金
属状態で表面に析出し、合金の場合は表面にリチウム金
属として析出すると同時にすぐに負極である合金中に固
体内拡数の形でリチウムが侵入し、合金内部で再びリチ
ウムの金属間化合物となる機構を利用している。

非水電解液リチウム−次電池においては、■正負極をス
パイラル状に巻回してなる円筒形電池の場合、リチウム
負極は、リチウム活物質自身の電導性が高いために取り
出しリードを兼ねた、長さ・巾ともに金属リチウムよシ
も小さなタブ状金属板あるいはエキスパンデッドメタル
やネットが用いられている。また、■　扁平形あるいは
コイン形電池の場合には、負極端子を兼ねた封口板の内
面に集電体を用いずに直接圧着しているか、あるいはや
はシ金属リチウムよりも小さな上記の材料からなる集電
体を用い、この集電体を予め封口板内面に溶着し、その
上に金属リチウムを圧着しているのが現状である。

本発明者らは先に特開昭５２−１３２３３０号公報にみ
るように、扁平形電池において負極集電体の大きさは負
極活物質の被圧着面積以上でなければならない旨の特許
出願を行っている。金属リチウムは電気伝導性、延展性
と付着性を具備しており、またこれまでの電池特性の実
績からみても集電体は必ずしも必要でないことは、例え
ば各種のコイン形電池の構成からもみても明らかである
。ただし、厚みを有する発泡メタルや金属フェルトでは
上記の公開特許の条件の通りである。

しかし、非水電解液二次電池において、特に負極にリチ
ウムの金属間化合物を含有しうる合金（リチウム吸蔵合
金）を用いる場合には、集電体が必要で、しかもその集
電体がネットやエキスパンデッドメタルの場合には集電
体の形状がサイクル特性に大きな影響を与えることが判
明した。リチウム吸蔵合金を負極材とする場合、実際に
負極活物質として作用する物質は、上記に述べたように
例えばリチウム・鉛、リチウム・スズ、リチウム・ビス
マス、リチウム・インジウムなどの金属間化合物である
が、一般に金属間化合物は堅く、機械強度も弱くもろい
ため、このままでは使用に耐えない。そこで上記金属間
化合物を収容する骨格と導電ネットワークを兼ね、かつ
母材である鉛やスズなどとも合金を形成しうる金属元素
であるカドミウムや亜鉛などを添加してリチウム吸蔵合
金を構成している。そしてこのリチウム吸蔵合金上に金
属リチウムを圧着し、電解液を注液すると金属リチウム
は電気化学的に合金中に吸蔵され、結果として上記のリ
チウム０鉛、リチウム・スズなどが合金中に形成される
ものである。

発明が解決しようとする問題点 上記のように、リチウムの金属間化合物を負唖活物質に
用そる場合には予めリチウム吸蔵合金を負極材として作
製する必要があるが、この合金は付着性を備えていない
ので集電体が必要となる。

一般的には予め集電体を、例えばコイン形電池の場合に
は封口板内面に溶着させ１次に所定サイズに切断したリ
チウム吸蔵合金片をこの集電体上に載置し、圧着により
物理的に合金と集電体とを一体化させる。次に、この合
金上に所定サイズのリチウム片を圧着ののち電解液、セ
パレータ、正極などを収容し、封口により電池とする。

電池内において金属リチウムは合金中に吸蔵され負極と
なる。ここで、充電において金属リチウムを吸蔵すると
きまた放電でリチウムイオンを放出するとき負極合金は
体積的に膨張収縮をくり返すので、集電体と負極合金の
大きさの関係次第ではリチウムを吸蔵した合金に不均一
な応力ひずみがサイクル的にかかり、場合によってはリ
チウムを吸蔵した合金の表面が波を打って凸凹が出来た
り、クラックが入ったりする。このような状態の負極を
用いると当然サイクル寿命や充放電容量が小さくなると
いう問題があった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するもので
、サイクル寿命と充放電容量が優れた非水電解液二次電
池を提供することを目的とする。　　１問題点を解決す
るための手段 この問題点を解決するため本発明は、リチウム吸蔵合金
を圧着する集電体の大きさを、このリチウム吸蔵合金の
被圧着面積以上にしたものである。

作　　用 この構成によれば、集電体がリチウム吸蔵合金に均一に
圧着一体化されているので、合金がリチウムを吸蔵して
膨張する際でも、膨張による応力ひずみを均一に分散さ
せることができて、均質な負極が形成され、サイクル寿
命と充放電容量ともに適切な性能が得られるものである
。

実施例 以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は組立て直後のコイン形非水電解液二次電池を示
す。図において、・１は耐有機電解液性ステンレス鋼ケ
ース、２は同材料の封口板、３は封口板の内面にスポッ
ト溶接した６０メツシユのステンレス鋼製ネットからな
る集電体、４はリチウム吸蔵合金で金属カドミウムと鉛
とビスマスを重量比で３０：５０：２０に混合したもの
を溶融・圧延して１５０μｍの厚みにし、それを直径１
６ｎに打抜いたものである。４のリチウム吸蔵合金は３
の集電体に圧着一体化している。６は金属リチウムで直
径１５朋、厚さ１５０μｍのディスク状に打抜いたもの
であり、４の合金上に圧着されている。６はポリプロピ
レン製の七ノ（レータである。７は正極で３６０°Ｃで
６間間熱処理した二酸化マンガンとカーボンブラックと
フッ素樹脂結着剤を重量比でイＯＯ：５：１０の割合い
で混合したものの０．１５５’を直径１５．５ｍ、厚さ
０．６ｆｌに成型したものである。８はケース内面にス
ポット溶接したチタニウム製の集電体であり、７の正極
は電池組立て時に８の集電体上に載置してなる。

電解液は炭酸プロピレンと１，２−ジメトキシエタンと
の等容積混合溶媒に過塩素酸リチウムを１モル／ｌの割
合で溶解したものを用いた。上記電解液の所定量を正極
上に注液後、９のポリプロピレン製ガスケットとともに
カシメ、封口した。

この電池は直径２０ｊｆｆ、総高１．６關である。なお
第１図は電池組立て直後の断面図であり、エージング中
に金属リチウム６はリチウム吸蔵合金４中に吸収されて
しまうものである、このときリチウム吸蔵合金は厚み方
向に膨張し、金属リチウムが占有していた体積をほぼ満
たしてしまう。

ここで、４のリチウム吸蔵合金の直径１５ｊｆｆに対し
、３の負極集電体の直径をＡは１４．５ｍ、Ｂは１ｓ、
ｏｎＩ、Ｃは１５．５１ｒｌｌとした、これらの電池Ａ
、Ｂ、Ｃをそれぞれ組立て、充放電を行なった。

充放電試験は、２ｍＡの定電流で、充電は３Ｖｔで、放
電は１ｖまでの条件で行なった。第２図はこのときのサ
イクルに伴なう充放電容量を示したものである、ここで
黒く塗りつぶした点は充電容量、白ヌキの点は放電容量
を示す。

第２図でサイクル特性が低下した電池Ａを分解してみる
と負極集電体が圧着されていない、ドーナツ形の部分の
合金が崩壊しているのが観察された。

電波Ｂ、Ｃはほぼ同じ特性が得られている。

発明の効果 以上のように本発明によれば、リチウム吸蔵合金を圧着
する負極集電体の大きさを、リチウム吸蔵合金の被圧着
面積以上にすることにより、サイクル寿命と充放電容量
にすぐれた非水電解液二次電池が得られると云う効果が
得られる。なお同様の効果は円筒形電池においても期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるコイン形電池の断面図
、第２図は実施例に用いた電池の充放電容量のサイクル
特性を示す図である。 １・・・・・・ケース、２・・・・・・封口板、３・・
・・・・負極集電体、４・・・・・・リチウム吸蔵合金
、６・・・・・・リチウム、７・・・・・・正極、８・
・・・・・正極集電体。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／　
−ｍ−ケース ５−　リチウム ７−正極 δ−王極集屹停 ｑ　−一一刃゛スグット 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リチウム金属の金属間化合物を含有する負極と、
   正極と、有機電解液とを備え、負極の集電体は端子を兼
   ねたケースまたは封口板に接続されておりかつその大き
   さは負極の被圧着面積以上であることを特徴とする非水
   電解液二次電池。
2. （２）負極集電体は、エキスパンデッドメタル又は金属
   ネットのいずれかよりなる特許請求の範囲第１項記載の
   非水電解液二次電池。