JP2000182600A

JP2000182600A - リチウム電池

Info

Publication number: JP2000182600A
Application number: JP10360384A
Authority: JP
Inventors: Hiroe Nakagawa; 裕江中川; Takeyoshi Nosaka; 武義野阪; Yasushi Harada; 寧原田
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-30
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP4161437B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ローレート充放電時だけでなく、
ハイレート放電時にも電池性能を充分なレベルに保持
し、長寿命で安定した電池性能を得ることができるリチ
ウム電池を提供することを目的とする。【構成】電極活物質とゲル状の電解質とを少なくとも
含む正極および負極を、ゲル状の電解質を含むセパレー
タを介して対向させたリチウム電池において、前記正極
および負極の内少なくとも一方において、電極中のゲル
状の電解質が微細孔を有し、この微細孔内に液体状の電
解液が存在しているリチウム電池とすることで、上記目
的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池に関す
るもので、さらに詳しくは、ゲル状の電解質を含むリチ
ウム電池の電極中の電解質の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ＰＨＳ、小型パーソナ
ルコンピュータなどの携帯機器類は、エレクトロニクス
技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの
機器類に用いられる電源としての電池においても小型
化、軽量化が求められるようになってきている。

【０００３】このような用途に期待できる電池の１つと
してリチウム電池があるが、既に実用化されているリチ
ウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高
容量化、長寿命化のための研究が進められている。特
に、従来のリチウム電池はいずれも円筒形あるいは角形
が中心であるのに対し、固体またはゲル状電解質を用い
た薄形形状のリチウム二次電池の実用化のために、従来
より各種の研究開発がなされている。

【０００４】円筒形あるいは角形リチウム二次電池の場
合、正極、負極、およびセパレータからなる極群を円筒
形あるいは角形の電槽に挿入した後、液体状の電解液を
注液するという工程を経て作製される。これに対し、固
体電解質リチウム二次電池においては、正極と負極を固
体あるいはゲル状の電解質を介して対向させた後、パッ
キングする方法で作製される。しかし、このような固体
電解質電池は、円筒形あるいは角形電池に比較して、ハ
イレート充放電性能やサイクル寿命が短いという欠点が
あった。

【０００５】この原因として、以下のような要因が挙げ
られる。すなわち、円筒形あるいは角形電池の場合、液
体状の電解液を注液するため、電極およびセパレータ中
のリチウムイオン伝導度が、一般に電池作動に必要なレ
ベルと言われる１×１０^-3Ｓ／ｃｍオーダーの確保が容
易である。これに対し、固体電解質電池の場合、電解質
が固体のため、リチウムイオン伝導度が液系に比較して
低くならざるを得ず、有機溶媒を加えてゲル状にし、イ
オン伝導度を向上させたゲル電解質であっても、一般に
１×１０^-3Ｓ／ｃｍオーダーの確保は困難であった。そ
のため、充放電性能が劣るという欠点があった。

【０００６】さらに、円筒形あるいは角形電池の場合、
電極／セパレータ間の界面が固液界面であるため、界面
抵抗は比較的低い。これに対し、固体電解質電池の場
合、電極／セパレータ間の界面が固体同士の接触となる
ため、円筒形あるいは角形電池に比較して界面抵抗が高
くならざるを得なかった。そのため、電極／セパレータ
間のリチウムイオンの移動が阻害され、ハイレート充放
電性能やサイクル寿命が短いという欠点があった。

【０００７】そこで従来より、リチウムイオン伝導度を
向上させたゲル電解質として、ポリエチレンオキサイド
をポリマー骨格に用い、これにリチウム塩および有機溶
媒からなる電解液を加えたゲル電解質が最も広く検討さ
れてきた。固体でありながらリチウムイオン伝導性を有
するポリエチレンオキサイドをポリマー骨格に用い、リ
チウム塩や有機溶媒との混合比を規定することにより、
現在までに液系電解質に匹敵する１×１０^-3Ｓ／ｃｍオ
ーダーのリチウムイオン伝導度を実現しており、このゲ
ル電解質を用いたリチウム電池は、ほぼ実用化レベルに
至っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
なポリエチレンオキサイドを用いたリチウム電池は、ロ
ーレート放電時には充分な電池性能を示すが、ハイレー
ト放電時には、今なおリチウムイオン伝導度の向上およ
び電極／セパレータ間の界面抵抗の低減が不足してお
り、電池性能を充分なレベルに保持することが困難であ
るという問題点があった。特に、電極中の電解質にもポ
リエチレンオキサイドをポリマー骨格に用いたゲル電解
質を用いた場合、ポリエチレンオキサイドがリチウムイ
オンを拘束する性質を持つため、電極中の電解質内や電
極／セパレータ間のリチウムイオンの移動がさらに阻害
される上、ポリエチレンオキサイドが電解質中の有機溶
媒に膨潤しやすく、活物質粒子の電子的な孤立が発生し
やすくなるため、比較的ローレートでの充放電時にも電
池性能を充分なレベルに保持することが困難であるとい
う問題点があった。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、特殊な製造工程などを必要としなくても電極お
よびセパレータ中の電解質のイオン伝導度を１×１０^-3
Ｓ／ｃｍオーダーに保持し、かつ、電極中の電解質内や
電極／セパレータ間のリチウムイオンのスムーズな移動
を実現するとともに、電極中の電解質の膨潤を抑制し、
活物質粒子の電子的な接触を保持することにより、ロー
レート充放電時だけでなく、ハイレート放電時にも電池
性能を充分なレベルに保持し、長寿命で安定した電池性
能を得ることができるリチウム電池を提供することを目
的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１は、電極活物質とゲル状の電解質とを
少なくとも含む正極および負極を、ゲル状の電解質を含
むセパレータを介して対向させたリチウム電池におい
て、前記正極および負極の内少なくとも一方において、
電極中のゲル状の電解質が微細孔を有し、この微細孔内
に液体状の電解液が存在していることを特徴とするもの
である。

【００１１】本発明の第２は、前記正極および負極の内
少なくとも一方の電極合剤表面にゲル状の電解質からな
る層が形成されており、かつ、この電極合剤表面のゲル
状の電解質層が微細孔を有し、この微細孔内に液体状の
電解液が存在していることを特徴とするものである。

【００１２】本発明の第３は、前記正極および負極の内
少なくとも一方において、前記電極合剤表面のゲル状の
電解質層と電極中のゲル状の電解質が、一体形成されて
いることを特徴とするものである。

【００１３】本発明の第４は、前記正極および負極の内
少なくとも一方において、前記電極中のゲル状の電解質
を構成するポリマーの有機溶媒に対する膨潤度が、前記
セパレータ中のゲル状の電解質を構成するポリマーの有
機溶媒に対する膨潤度より低いことを特徴とするもので
ある。

【００１４】本発明の第５は、前記正極および負極の内
少なくとも一方において、前記電極中のゲル状の電解質
の圧縮率が、前記セパレータ中のゲル状の電解質の圧縮
率より低いことを特徴とするものである。

【００１５】本発明の第６は、前記セパレータ中のゲル
状の電解質を構成するポリマーが、リチウム塩を有機溶
媒に溶解してなる電解液に対して親和性が高い構造を主
に有することを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明により、以下のような作用が期待でき
る。まず第１に、電極活物質とゲル状の電解質とを少な
くとも含む正極および負極の内少なくとも一方におい
て、電極中のゲル状の電解質が微細孔を有し、この微細
孔内に液体状の電解液が存在しているものとすることに
より、電極中の電解質が、ゲル状の電解質と、微細孔内
に存在する遊離の液体状電解液がミクロに混在する状態
となり、電極中の電解質のイオン伝導度を少なくとも１
×１０^-3Ｓ／ｃｍオーダーに保持すると共に、リチウム
イオンのスムーズな移動を実現することが可能となる。
その結果、ハイレート充放電時にも電池性能を充分なレ
ベルに保持し、長寿命で安定した電池性能を得ることが
できる。

【００１７】また第２に、正極および負極の内少なくと
も一方の電極合剤表面にゲル状の電解質からなる層が形
成されており、かつ、この電極合剤表面のゲル状の電解
質層が微細孔を有し、この微細孔内に液体状の電解液が
存在しているものとすることにより、電極合剤表面の凹
凸が電解質により消失されると共に、電極とセパレータ
の接触は実際には電解質同士の接触となり、電極／セパ
レータ間の界面抵抗は著しく低減される。そのため、電
極／セパレータ間のリチウムイオンのスムーズな移動を
実現することが可能となる。その結果、ハイレート充放
電性能やサイクル寿命性能をさらに向上させることがで
きる。

【００１８】さらに第３に、正極および負極の内少なく
とも一方において、電極合剤表面のゲル状の電解質層と
電極中のゲル状の電解質が、一体形成されていることに
より、電解質層が電極合剤表面に形成されたことによる
作用を効果的に得ることができるだけでなく、特殊な製
造方法を用いなくても電極合剤表面の電解質層を簡単に
形成することができる。

【００１９】また第４に、正極および負極の内少なくと
も一方において、電極中のゲル状の電解質を構成するポ
リマーの有機溶媒に対する膨潤度が、セパレータ中のゲ
ル状の電解質を構成するポリマーの有機溶媒に対する膨
潤度より低いものとすることにより、充放電中のリチウ
ムイオンの移動に伴う有機溶媒の移動による電極中の電
解質の膨潤を抑制し、活物質粒子の電子的な接触を保持
することが可能となるだけでなく、セパレータ中の電解
質が電池反応の進行に充分な電解液を保持することがで
きる。その結果、安定した電池性能が得られるだけでな
く、ハイレート充放電性能やサイクル寿命性能を向上さ
せる効果が効率よく得ることができる。なお、ここで言
う膨潤度とは、ゲル状の電解質を構成するポリマーを、
過剰の有機溶媒中にある一定時間浸漬し、充分膨潤させ
たときの膨潤後のポリマー体積と膨潤前のポリマー体積
の比で定義されるものである。即ち、膨潤度が低いもの
ほど電解質中の有機溶媒の拘束性が低く、ゲル電解質の
有機溶媒の移動による体積変化も小さいことを意味す
る。

【００２０】また第５に、正極および負極の内少なくと
も一方において、電極中のゲル状の電解質の圧縮率が、
セパレータ中のゲル状の電解質の圧縮率より低くなるよ
うな電解質を用いることによっても、充放電中のリチウ
ムイオンの移動に伴う有機溶媒の移動による電極中の電
解質の膨潤を抑制し、活物質粒子の電子的な接触を保持
することができる。さらに、充放電反応の進行に伴い活
物質粒子の膨張収縮による電極の厚さ変化も同時に発生
しているが、セパレータ中の電解質の圧縮率が高いため
に、電極の厚さ変化に追随してセパレータの厚さが変化
することにより、電極とセパレータとの間の界面抵抗の
上昇を抑制することができる。その結果、安定した電池
性能が得られるだけでなく、ハイレート充放電性能やサ
イクル寿命性能を向上させる効果がさらに効率よく得る
ことができる。

【００２１】なお、ここで言う圧縮率とは、ゲル電解質
を、ある一定の圧力で圧縮したときの圧縮された厚さと
圧縮前の厚さの比で定義されるものである。即ち、圧縮
率が低いものほど圧縮による厚さ変化が小さいことを意
味する。

【００２２】さらに第６に、セパレータ中のゲル状の電
解質を構成するポリマーが、リチウム塩を有機溶媒に溶
解してなる電解液に対して親和性が高い構造を主に有す
ることにより、ポリマー骨格が電解液と容易にゲル化
し、かつ、電池反応の進行に充分な電解液を保持するこ
とができる。その結果、安定した電池性能が得られるだ
けでなく、漏液などの危険性もない。電解液に対して親
和性が高い構造としては、例えば、エチレンオキサイド
構造やプロピレンオキサイド構造などが挙げられるが、
これに限定されるものではない。

【００２３】従って、本発明は、以上の作用が相乗的に
得られるため、信頼性に優れ、かつ、初期容量やハイレ
ート充放電性能、サイクル寿命などに優れたリチウム電
池を容易に提供することができるものである。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の詳細について、実施例に基づ
き説明する。

【００２５】図１に本発明のリチウム電池の断面図を示
す。

【００２６】図１において、１は正極活物質であるコバ
ルト酸リチウムを主成分とした正極合剤であり、アルミ
箔からなる正極集電体３上に塗布されてなる。また、２
は負極活物質であるカーボンを主成分とした負極合剤で
あり、銅箔からなる負極集電体４上に塗布されてなる。
また、前記正極合剤１と負極合剤２は、ゲル電解質から
なるセパレータ５を介して積層されている。さらに、こ
のようにして積層した極群をアルミラミネートフィルム
６で覆い、四方を熱溶着により封止し、リチウム電池と
したものである。

【００２７】次に、上記構成のリチウム電池の製造方法
を説明する。はじめに、正極合剤１は以下のようにして
得た。まず、正極活物質であるコバルト酸リチウムと、
導電剤であるアセチレンブラックを混合し、さらに結着
剤としてポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロ
リドン溶液を混合したものを正極集電体３であるアルミ
箔上に塗布した後、乾燥し、合剤厚みが０．１ｍｍとな
るようにプレスすることにより、正極活物質シートを得
た。次に、γ−ブチロラクトン１リットルに１モルのＬ
ｉＢＦ₄を溶解した電解液に化１で示される構造を持つ
２官能アクリレートモノマーを混合した電解質溶液を作
製した。

【００２８】

【化１】

【００２９】これに前記正極活物質シートを浸漬し、電
解質溶液を含浸した。続いて、電解質溶液から正極活物
質シートを取り出し、電子線照射によりモノマーを重合
させてポリマーを形成させた。以上の工程により正極合
剤１を得た。このとき、正極合剤１の表面には、平均厚
さ２μｍのゲル状の電解質からなる層が形成されてい
た。

【００３０】また、負極合剤２は負極活物質であるカー
ボンを用い、負極集電体４に銅箔を用いる以外は前記正
極合剤１と同様の方法により得た。負極合剤２の表面に
も平均厚さ２μｍのゲル状の電解質からなる層が形成さ
れていた。

【００３１】一方、セパレータ５は以下のようにして得
た。まず、有機溶媒としてのγ−ブチロラクトン１リッ
トルに１モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ₄を溶解した
電解液に、化２で示される構造を持つ２官能アクリレー
トモノマーを混合し、正極合剤１上に塗布した後、電子
線照射によりモノマーを重合させてポリマーを形成さ
せ、ゲル状の電解質とした。以上の工程によりセパレー
タ５を得た。

【００３２】

【化２】

【００３３】以上のような原料および製法により作製し
た容量１０ｍＡｈのリチウム電池を、本発明電池Ａ１と
した。

【００３４】次に、負極合剤２に用いる電解質を形成す
るための原料であるアクリレートモノマーに化１に示す
ものを用い、正極合剤１に用いる電解質とセパレータ５
に用いる電解質を形成するための原料であるアクリレー
トモノマーに化２に示すものを用い、その他の条件は本
発明電池Ａ１と同一の原料および製法により、容量１０
ｍＡｈのリチウム電池を作製し、本発明電池Ｂ１とし
た。

【００３５】また、正極合剤１および負極合剤２に用い
る電解質とセパレータ５に用いる電解質を形成するため
の原料であるアクリレートモノマーに化１に示すものを
用い、その他の条件は本発明電池Ａ１と同一の原料およ
び製法により、容量１０ｍＡｈのリチウム電池を作製
し、本発明電池Ｃ１とした。

【００３６】同様に、正極合剤１とセパレータ５に用い
る電解質を形成するための原料であるアクリレートモノ
マーに化１に示すものを用い、負極合剤２に用いる電解
質に用いる電解質を形成するための原料であるアクリレ
ートモノマーに化２に示すものを用い、その他の条件は
本発明電池Ａ１と同一の原料および製法により、容量１
０ｍＡｈのリチウム電池を作製し、本発明電池Ｄ１とし
た。

【００３７】さらに、正極合剤１および負極合剤２に用
いる電解質とセパレータ５に用いる電解質を形成するた
めの原料であるアクリレートモノマーに化２に示すもの
を用い、その他の条件は本発明電池Ａ１と同一の原料お
よび製法により、容量１０ｍＡｈのリチウム電池を作製
し、比較電池Ｅ１とした。

【００３８】このとき、化１に示すアクリレートモノマ
ーは、有機溶媒との親和性が高いエチレンオキサイド構
造と、有機溶媒との親和性が低いアルキル構造およびベ
ンゼン骨格とが共存しているので、正極合剤１および負
極合剤２に用いる電解質を形成するための原料であるア
クリレートモノマーに化１に示すものを用いた場合、電
解質は孔径１μｍ以下の微細孔を有し、ゲル状の電解質
と、微細孔内に存在する遊離の液体状電解液がミクロに
混在する状態となっていることが確認された。一方、化
２に示すアクリレートモノマーは、有機溶媒との親和性
が高いエチレンオキサイド構造を主に有しており、正極
合剤１および負極合剤２、セパレータ５に用いる電解質
を形成するための原料であるアクリレートモノマーに化
２に示すものを用いた場合、電解質は一様なゲル状とな
り、微細孔を有さないだけでなく遊離の液体状電解液も
存在しないことが確認された。

【００３９】なお、化１に示すアクリレートモノマーを
硬化したポリマーのγ−ブチロラクトンに対する膨潤度
は、体積百分率で１１５％であり、化２に示すアクリレ
ートモノマーを硬化したポリマーのγ−ブチロラクトン
に対する膨潤度は、体積百分率で２２０％である。

【００４０】また、化１に示すアクリレートモノマーを
用い、厚さ２００μｍに形成した電解質を１．４７×１
０⁶Ｐａの圧力で圧縮したときの圧縮率は、圧縮前の厚
さの５３．８％であり、化２に示すアクリレートモノマ
ーを用いて形成した電解質の圧縮率は、圧縮前の厚さの
８６．２％である。

【００４１】次に、これらの本発明電池Ａ１、Ｂ１、Ｃ
１、Ｄ１および比較電池Ｅ１について、各種電流値で放
電を行い、その結果得られた放電電流と放電容量の関係
を図２に示す。なお、試験条件は、２０℃の温度下で１
ｍＡ（０．１ＣｍＡ相当）の電流で終止電圧４．２Ｖま
で充電した後、各種電流で終止電圧２．７Ｖまで放電し
たものであり、放電容量は正極の設計容量を１００とし
たときのパーセントで示している。

【００４２】図２から、本発明電池Ｄ１、比較電池Ｅ１
は、放電電流１ｍＡでも設計容量の６０〜７０％しか得
られず、放電電流５ｍＡでは設計容量の３０％以下の放
電容量しか得られないのに対し、本発明電池Ａ１および
Ｂ１では放電電流１ｍＡでは設計容量のほぼ１００％の
放電容量が得られ、放電電流５ｍＡでも設計容量の８５
〜９０％の放電容量が得られることが分かった。また、
本発明電池Ｃ１は放電電流１ｍＡでは設計容量の８５％
の放電容量が得られ、放電電流５ｍＡでは設計容量の７
０％の放電容量が得られることが分かった。

【００４３】さらに、これらの本発明電池の内Ａ１、Ｂ
１および比較電池Ｅ１について、充放電サイクル試験を
行い、その結果得られたサイクル数と放電容量の関係を
図３に示す。なお、試験条件は、２０℃の温度下で１ｍ
Ａの電流で終止電圧４．２Ｖまで充電した後、１ｍＡの
電流で終止電圧２．７Ｖまで放電したものであり、放電
容量は正極の設計容量を１００としたときのパーセント
で示している。

【００４４】図３から、比較電池Ｅ１は充放電初期は設
計容量の７０％が得られ、サイクルを経過すると徐々に
容量が低下し、５０サイクル目に設計容量の５０％を下
回る。しかし、これに対して本発明電池Ａ１、Ｂ１は充
放電初期より設計容量のほぼ１００％が得られるだけで
なく、さらに３００サイクル経過後も若干の容量低下が
見られるが、設計容量の８０％以上が保持されることが
分かった。

【００４５】図２および図３の結果が得られた理由とし
て、以下のことが考えられる。まず、比較電池Ｅ１で
は、正極および負極中の電解質が一様なゲル状であり、
微細孔構造を有さないことから、リチウムイオンの移動
が困難である。さらにいえば、正極および負極中の電解
質組成とセパレータ中の電解質組成が同一であるため、
γ−ブチロラクトンに対する膨潤度や圧縮率が同一であ
り、かつ、かなり高くなっている。そのため、ローレー
ト放電時においてでさえ電池性能を充分なレベルに保持
することが困難になっていると考えられる。

【００４６】一方、本発明電池Ｄ１では、少なくとも正
極中の電解質は微細孔を有し、ゲル状の電解質と、微細
孔内に存在する遊離の液体状電解液がミクロに混在する
状態となっていることから、リチウムイオンのスムーズ
な移動を実現することが可能となっているものの、正極
中の電解質組成とセパレータ中の電解質組成が同一であ
り、γ−ブチロラクトンに対する膨潤度や圧縮率が同一
である。そのため、ローレート放電時においてでさえ電
池性能を充分なレベルに保持することが困難になってい
ると考えられる。

【００４７】また、本発明電池Ｃ１では、少なくとも負
極中の電解質は微細孔を有し、ゲル状の電解質と、微細
孔内に存在する遊離の液体状電解液がミクロに混在する
状態となっていることから、リチウムイオンのスムーズ
な移動を実現することが可能となっているものの、セパ
レータ中の電解質に電解液に対して親和性が低い構造が
混在しているため、電池反応の進行に充分な電解液を保
持することが困難となっていると考えられる。また、負
極中の電解質組成とセパレータ中の電解質組成が同一で
あり、γ−ブチロラクトンに対する膨潤度や圧縮率が同
一であるため、充放電中のリチウムイオンの移動に伴う
有機溶媒の移動によりセパレータ中の電解質が電池反応
の進行に充分な電解液を保持することが困難であり、さ
らに充放電反応に伴う電極の厚さ変化にセパレータの厚
さが追随せず、電極／セパレータ間の界面抵抗が上昇し
やすくなっているものと考えられる。このため、負極中
のゲル状の電解質を微細孔構造とした効果が充分に得ら
れないものと考えられる。これに対し、本発明電池Ａ１
およびＢ１では、少なくとも正極および負極中もしくは
負極中のゲル状の電解質は微細孔を有し、ゲル状の電解
質と、微細孔内に存在する遊離の液体状電解液がミクロ
に混在する状態となっていることから、リチウムイオン
のスムーズな移動を実現することが可能となっていると
考えられる。また、負極中の電解質のγ−ブチロラクト
ンに対する膨潤度や圧縮率がセパレータ中の電解質のγ
−ブチロラクトンに対する膨潤度や圧縮率よりも低いた
め、充放電中のリチウムイオンの移動に伴う有機溶媒の
移動による電極中の電解質の膨潤を抑制し、活物質粒子
の電子的な接触を保持することができるため、ハイレー
ト放電時にも良好な性能を得ることができているものと
考えられる。さらに充放電反応に伴う電極の厚さ変化に
セパレータの厚さが追随することにより、電極／セパレ
ータ間の界面抵抗の上昇を抑制するものと考えられる。
さらにいえば、セパレータ中の電解質を構成するポリマ
ーが、電解液に対して親和性が高いポリエチレンオキサ
イド構造を主に有するため、ポリマー骨格が電解液と容
易にゲル化し、かつ、電池反応の進行に充分な電解液を
保持することができるため、サイクル経過後も安定した
電池性能が得られるものと考えられる。

【００４８】次に、正極合剤１の表面および負極合剤２
の表面に電解質層を各種厚さで形成した正極および負極
を作製し、その他の条件は本発明電池Ａ１と同一の原料
および製法により、容量１０ｍＡｈのリチウム電池を作
製し、本発明電池Ａ２〜Ａ６とした。

【００４９】これらの本発明電池Ａ１およびＡ２〜Ａ６
の正極上電解質層および負極上電解質層の厚さを表１に
示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】次に、これらの本発明電池Ａ１およびＡ２
〜Ａ６について、図２と同様の試験条件で、各種電流値
で放電を行い、その結果得られた放電電流と放電容量の
関係を図４に示す。

【００５２】図４から、本発明電池Ａ６は、放電電流５
ｍＡでは放電電流１ｍＡでの放電容量の７０％程度の放
電容量しか得られないのに対し、本発明電池Ａ１および
Ａ２〜Ａ５では、放電電流５ｍＡでも設計容量の８０％
以上の放電容量が得られることが分かった。

【００５３】この理由として、本発明電池Ａ６は、負極
合剤表面の電解質層の厚さが厚いため、電解質層のバル
ク抵抗が大きくなり、ハイレート充放電性能に劣ると考
えられる。従って、負極合剤表面の電解質層の厚さは、
２０μｍ以下であることが望ましい。

【００５４】

【発明の効果】本発明の第１によれば、電極の電解質中
のリチウムイオンのスムーズな移動を実現することが可
能となる。従って、ハイレート充放電時にも電池性能を
充分なレベルに保持し、長寿命で安定した電池性能のリ
チウム電池を得ることができる。

【００５５】本発明の第２によれば、電極とセパレータ
間の界面抵抗が著しく低減される。そのため、ハイレー
ト充放電性能やサイクル寿命性能をさらに向上させるこ
とができる。

【００５６】本発明の第３によれば、電解質層が電極合
剤表面に形成されたことによる作用を効果的に得ること
ができる。

【００５７】本発明の第４によれば、活物質粒子の電子
的な接触を保持することが可能となるだけでなく、セパ
レータ中の電解質が電池反応の進行に充分な電解液を保
持することができる。従って、ハイレート充放電性能や
サイクル寿命性能を向上させる効果が効率よく得ること
ができる。

【００５８】本発明の第５によれば、ハイレート充放電
性能やサイクル寿命性能を向上させる効果がさらに効率
よく得ることができる。

【００５９】本発明の第６によれば、ポリマー骨格が電
解液と容易にゲル化し、かつ、電池反応の進行に充分な
電解液を保持することができる。従って、安定した電池
性能が得られるだけでなく、漏液などの危険性もない。

【００６０】上記したとおりであるから、本発明によれ
ば以上の効果が相乗的かつ効率よく得られ、特殊な製造
工程などを必要としなくても初期容量およびハイレート
充放電性能、サイクル寿命に優れたリチウム電池を提供
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリチウム電池の断面図である。

【図２】本発明電池Ａ１、Ｂ１、Ｃ１および比較電池Ｄ
１、Ｅ１について、各種電流値で放電を行ったときの放
電電流と放電容量の関係を示した図である。

【図３】本発明電池Ａ１、Ｂ１および比較電池Ｅ１につ
いて、充放電サイクル試験を行ったときのサイクル数と
放電容量の関係を示した図である。

【図４】本発明電池Ａ１およびＡ２〜Ａ６について、各
種電流値で放電を行ったときの放電電流と放電容量の関
係を示した図である。

【符号の説明】

１正極合剤２負極合剤３正極集電体４負極集電体５セパレータ６アルミラミネートフィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H014 AA01 AA06 BB08 CC01 EE02 HH00 HH01 5H029 AJ02 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM07 AM16 CJ22 DJ04 DJ13 EJ12 HJ00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極活物質とゲル状の電解質とを少なく
とも含む正極および負極を、ゲル状の電解質を含むセパ
レータを介して対向させたリチウム電池において、前記
正極および負極の内少なくとも一方において、電極中の
ゲル状の電解質が微細孔を有し、この微細孔内に液体状
の電解液が存在していることを特徴とするリチウム電
池。
【請求項２】前記正極および負極の内少なくとも一方
の電極合剤表面にゲル状の電解質からなる層が形成され
ており、かつ、この電極合剤表面のゲル状の電解質層が
微細孔を有し、この微細孔内に液体状の電解液が存在し
ていることを特徴とする請求項１記載のリチウム電池。
【請求項３】前記正極および負極の内少なくとも一方
において、前記電極合剤表面のゲル状の電解質層と電極
中のゲル状の電解質が、一体形成されていることを特徴
とする請求項２記載のリチウム電池。
【請求項４】前記正極および負極の内少なくとも一方
において、前記電極中のゲル状の電解質を構成するポリ
マーの有機溶媒に対する膨潤度が、前記セパレータ中の
ゲル状の電解質を構成するポリマーの有機溶媒に対する
膨潤度より低いことを特徴とする請求項１乃至４記載の
リチウム電池。
【請求項５】前記正極および負極の内少なくとも一方
において、前記電極中のゲル状の電解質の圧縮率が、前
記セパレータ中のゲル状の電解質の圧縮率より低いこと
を特徴とする請求項１乃至４記載のリチウム電池。
【請求項６】前記セパレータ中のゲル状の電解質を構
成するポリマーが、リチウム塩を有機溶媒に溶解してな
る電解液に対して親和性が高い構造を主に有することを
特徴とする請求項１乃至４記載のリチウム電池。