JP2000251876A - 非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池

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JP2000251876A
JP2000251876A JP11052505A JP5250599A JP2000251876A JP 2000251876 A JP2000251876 A JP 2000251876A JP 11052505 A JP11052505 A JP 11052505A JP 5250599 A JP5250599 A JP 5250599A JP 2000251876 A JP2000251876 A JP 2000251876A
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JP
Japan
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positive electrode
negative electrode
sintered bodies
collector
electrode
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JP11052505A
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English (en)
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Yoshio Kajiura
嘉夫 梶浦
Atsushi Suzuki
淳 鈴木
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結体を電極として用いるサイクル特性の良
好な非水系二次電池を提供する。 【解決手段】 正極及び負極の少なくとも一方に、互い
に離間した少なくとも二つの焼結体とその間に介装せし
められた集電体からなる積層体を用い、集電体に貫通部
を穿設し、貫通部に形成された連結部を介して焼結体を
結合して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結体を電極とし
て用いるサイクル特性の良好な非水系二次電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術】携帯電話やノートパソコン等の普及に伴
って、高容量なリチウム二次電池が注目されているが、
その中でも特に薄型電池の需要が高まっている。しか
し、現在の薄型電池の電極中にはバインダ、導電材、金
属箔といった本来電極の容量に寄与しないものが、体積
当たりの容量を制限するという問題がある。
【0003】そこで、単位体積当たりの容量を増大させ
るため、電極を活物質からなる焼結体で構成する試みが
なされている。たとえば、特開平5-299090号公
報には石油ピッチあるいは炭素質材料の焼結体からなる
負極が、また特開平8-180904号公報にはリチウ
ム複合酸化物の焼結体からなる正極が開示されている。
そして、図2に示すように、正極ケース33と負極ケー
ス37からなるステンレス製等の剛直な外装ケースを押
圧することにより、正極集電体32と負極集電体36を
それぞれ正極31と負極35に圧着させて、集電体との
電気的接触を確保して電池が構成されている。ここで、
34はセパレータ、38は正極と負極との間の電気的絶
縁を確保するとともに、外装ケースを密封するガスケッ
トである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、焼結体から
なる電極を含む非水系二次電池の改良に関するものであ
り、さらに詳しくは電極と集電体との間の密着性を向上
させ、良好なサイクル特性を有する非水系二次電池を提
供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】本発明は、リチウムイオンを吸蔵放出可能
な活物質からなる正極及び負極を有する非水系二次電池
において、正極及び負極の少なくとも一方が、互いに離
間した少なくとも二つの焼結体とその二つの焼結体の間
に介装せしめられた集電体からなる積層体であって、上
記集電体に貫通部を設け、その貫通部に形成された連結
部を介して焼結体を結合してなるものである。
【0006】少なくとも二つの焼結体を連結部を介して
結合しているため、二つの焼結体がそれぞれ集電体の両
面に固定され、充放電時に電極の体積が変化しても、集
電体と電極間の密着性が低下することなく十分な電気的
接触が確保され、サイクル特性が向上する。
【0007】また、連結部は接着剤からなることが好ま
しい。その接着力により、焼結体と焼結体とを強固に結
合させることができる。
【0008】また、連結部は接着剤からなるとともに、
導電性粒子を含むことが好ましい。導電性粒子を含有さ
せ連結層に導電性を賦与することにより、集電体の貫通
部においても対向する焼結体の電気的接続を確保できる
ため、電極の電気抵抗を一層低減できる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態に係る
リチウムイオン二次電池の構成を示す模式断面図で、1
0−1と10−2はそれぞれ負極焼結体(8−1,8−
2)と負極集電体(9−1,9−2)とからなる負極、6
−1と6−2はセパレータ、そして5は互いに離間した
2つの正極焼結体1−1と1−2とが貫通部を有する正
極集電体2を介して積層された正極である。貫通部には
連結部3が形成され、連結部3は正極焼結体1−1と1
−2に結合している。貫通部を有する正極集電体2の端
部は正極ケース11に溶接され、また負極集電体9−1
の端部は負極ケース12に溶接されて、それぞれ電気的
に接続されている。電池の外装ケースは正極ケース11
と負極ケース12とからなり、電解液注液後、ガスケッ
ト13を介して密封されている。
【0010】正極焼結体1−1と1−2は連結部3によ
り結合されているので、正極集電体2の両面に固定され
る。そのため、充放電の繰り返しにより正極焼結体1−
1及び1−2の体積が変化しても、正極集電体2との間
の密着性は低下することがない。また、剛直な外装ケー
スを用いて、外部から押圧して集電体を焼結体に圧着す
る必要がないため、より軽量で形状の自由度の大きい外
装ケースを用いることができる。
【0011】本発明の非水系二次電池の正極活物質とし
て用いられる正極材料としては、LixCoO2,Lix
NiO2,MnO2,LixMnO2,LixMn24,L
xMn2-y4等のリチウム遷移金属酸化物や、α−V2
5,TiS2等の放電によりリチウム化合物となる酸化
物や硫化物が挙げられる。
【0012】負極活物質として用いられる負極材料は、
炭素質材料やケイ素等を使用できるが、炭素質材料に比
べ高容量の期待できるケイ素が好ましい。ケイ素として
は結晶質、非晶質粉末のいずれも用いることができ、純
度は90%以上であれば問題はない。
【0013】本発明においては、正極及び負極の少なく
とも一方が焼結体であれば良く、他方の正極又は負極は
活物質と導電助剤とバインダーからなる塗膜を用いても
良い。
【0014】負極焼結体としては、WO98/2413
5号公報記載の方法により、熱処理により炭素化する材
料とケイ素粉末を焼成して得られる焼結体を用いても良
い。金属集電体直上にピッチを含まない炭素材料を含む
塗膜を塗布し、焼成してなる負極を用いると金属集電体
と焼結体との密着性が向上し、負極の電気抵抗を一層低
減できる。
【0015】本発明に用いる焼結体は多孔質であって、
空孔率が全体積の15〜60%であることが好ましい。
活物質と電解液が十分に接触することができるため、負
極特性が向上する。
【0016】集電体としては、電池内で電気化学的に安
定な金属であれば良く、正極集電体にはアルミニム、負
極集電体には銅を用いることが好ましい。集電体の形状
は特に限定されるものではないが箔状が好ましく、厚さ
は3〜100μmが好ましい。
【0017】集電体の貫通部は、金属箔に円柱状等の穴
を形成させても良いし、予め貫通部を有する材料、例え
ば金属メッシュを用いても良い。
【0018】また、連結部を形成する材料としては、焼
結体を結合可能なものであれば良く、接着剤や焼結体が
挙げられるが、低温で調製可能な接着剤を用いることが
好ましい。なお、焼結体を用いる場合、焼成した焼結体
を粉砕し、成形し、貫通部を有する集電体の両側に配置
後、焼成することにより連結部を形成しても良い。
【0019】また、接着剤に含有させる導電性粒子とし
ては、導電性炭素質粒子、導電性金属粒子及び導電性酸
化物が挙げられるが、軽量で導電性の高いカーボンブラ
ック等の導電性炭素質粒子を用いることが好ましい。さ
らに、導電性粒子の含有率は3〜99重量%が好まし
い。
【0020】接着剤としては、電気化学的に安定で、電
解液に溶解しないものであれば、いずれの接着剤も用い
ることができる。例えば、フッ素系樹脂、特にポリフッ
化ビニリデンが好ましい。
【0021】本発明に使用される非水電解質は、エチレ
ンカーボネート、ジメチルカーボネート等の有機溶媒
に、電解質としてLiPF6等のリチウム化合物を溶解
させた非水電解液、又は高分子にリチウム化合物を固溶
或いはリチウム化合物を溶解させた有機溶媒を保持させ
た高分子固体電解質を用いることができる。
【0022】以上の実施の形態では、正極が二つの焼結
体を結合する例を示したが、負極を二つの焼結体で構成
し結合しても同様な効果を有する。
【0023】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明
する。 製造例1(正極の製造1).Li2CO3粉末とCoCO
3粉末を、モル比でLi/Co=1/1となるように混
合し、大気雰囲気中800℃で5時間仮焼する。次いで
これを粉砕し、平均粒子径5μmの球状ポリメチルメタ
クリレートを5重量%となるように混合して押し固め、
大気雰囲気中900℃で10時間焼成し、直径20m
m、厚さ0.3mm、密度3.0g/cm3、空孔率59
%の正極焼結体を得た。
【0024】上記正極焼結体の片面を、中心間距離5m
mの間隔で均等に直径3mmの穴の開いた厚さ14μm
のアルミニウム箔で覆い、アルミニウム箔の穴によって
露出した焼結体表面に、ポリフッ化ビニリデン20重量
部(以下重量部を部と略す)をN−メチル−2−ピロリ
ドン100部に溶解した溶液を塗布しておき、別の正極
用焼結体でアルミニウム箔を挟んで乾燥し、アルミニウ
ム箔の両面に正極焼結体を固定した正極を得た。
【0025】製造例2(負極の製造1).純度99.9
%、平均粒子径5μmの結晶質ケイ素粉末80部にピッ
チ系炭素(残炭率50%)40部をイソプロピルアルコ
ール中で振動ミルを用いて混合分散した。この混合分散
液を乾燥してケイ素粉末とピッチ系炭素との混合粉末を
得、これを加圧成形して負極成形体を得た。成形は1.
3×108Paの圧力で行った。この成形体の片面を厚
さ20μmの銅メッシュで覆い、別の成形体を載せ、8
00℃で3時間窒素雰囲気中で焼成して、銅メッシュの
両面に負極焼結体を固定した負極を得た。
【0026】製造例3(負極の製造2).予めポリフッ
化ビニリデン20部をN−メチル−2−ピロリドン15
0部に溶解し、この溶液170部に対して、純度99.
9%、平均粒子径1μmの結晶質ケイ素粉末80部と黒
鉛粉末をピッチで造粒したもの20部を添加し、振動ミ
ルを用いて混合分散した。得られた懸濁スラリーを銅箔
上に塗布して乾燥後、800℃で3時間、窒素雰囲気中
で焼成して負極を得た。
【0027】
【実施例】実施例1.セパレータとしてポリエチレン多
孔膜を用い、製造例1の正極と製造例3の負極をセパレ
ータを介して図1に示すように積層し、外装ケースに収
容し、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの
体積比1:1の混合溶媒に1mol/lのLiPF6
加えた電解液を注液後、外装ケースを密閉してコイン型
電池を製造した。この電池を用い、電流レート0.3C
で充放電試験を行った。
【0028】実施例2.正極に製造例1の正極焼結体を
用い、負極に製造例2の負極を用い、正極と負極の配置
を逆にした以外は、実施例1と同様の方法により電池を
製造し、充放電試験を行った。
【0029】
【比較例】アルミニウム箔を正極焼結体で挟んで用いた
以外は、実施例1と同様にして電池を製造して充放電試
験を行った。その結果、実施例1、2の電池はいずれも
比較例の電池よりサイクル特性が良好であった。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の非水系二次電池は、互いに離間した少なくとも二つの
焼結体が貫通部を有する集電体を介して積層され、貫通
部に形成された連結部と結合しているため、二つの焼結
体が集電体の両面に固定される。そのため、充放電の繰
り返しによっても、焼結体と集電体との密着性が低下す
ることがなく、正極又は負極の電気抵抗が低減され、良
好なサイクル特性を有する非水系二次電池を提供でき
る。
【0031】また、剛直な外装缶を用いて集電体を電極
に圧着する必要がないため、より軽量な外装ケースを用
いることができ、非水系二次電池の小型・軽量化が可能
となる。
【0032】また、連結部に接着剤を用い、さらに導電
性粒子を含有させることにより、集電体貫通部において
も対向する焼結体の電気的接続を確保できるため、電極
の電気抵抗を一層低減でき、より一層サイクル特性を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二
次電池の構成を示す模式断面図である。
【図2】 従来のリチウムイオン二次電池の構成を示す
模式断面図である。
【符号の説明】
1−1,1−2 正極焼結体、2 貫通部を有する正極
集電体、3 連結部、5正極、6−1,6−2 セパレ
ータ、7 絶縁シート、8−1,8−2 負極焼結体、
9−1,9−2 負極集電体、10−1,10−2 負
極、11 正極ケース、12 負極ケース、13 ガス
ケット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H014 AA04 AA06 CC04 EE01 5H017 AA03 AS01 CC05 CC27 DD08 5H029 AJ05 AK02 AK03 AL06 AM03 AM05 AM07 BJ03 BJ16 DJ07 DJ14 EJ12 HJ12

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質
    からなる正極及び負極を有する非水系二次電池におい
    て、正極及び負極の少なくとも一方が、互いに離間した
    少なくとも二つの焼結体とその焼結体の間に介装せしめ
    られた集電体からなる積層体であって、上記集電体に貫
    通部を設け、その貫通部に形成された連結部を介して焼
    結体を結合してなる非水系二次電池。
  2. 【請求項2】 上記連結部が接着剤からなる請求項1記
    載の非水系二次電池。
JP11052505A 1999-03-01 1999-03-01 非水系二次電池 Pending JP2000251876A (ja)

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