JP2000340263A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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electrolyte secondary
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Takahiro Shizuki
隆弘 志築
Takao Fukunaga
福永  孝夫
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電極群の最内層部への電解液の浸透性を向上さ
せる。 【解決手段】ポリエチレンテレフタレート等のポリエス
テル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等の材
質からなり、耐電解液性と弾性を有する筒状の巻芯の側
面部に貫通穴、切れ目等からなる電解液浸透部を設け
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、例えば電子機器の
駆動用電源、メモリ保持電源、電気自動車用電池等とし
て用いることのできる非水電解質二次電池に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】非水電解質二次電池の発電素子となる電
極群は、耐電解液性を有する筒状の巻芯を軸に、正極と
負極がセパレーターを介して幾重にも巻回された構造を
とっている。この巻回状の電極群は、電極間に隙間が生
じないように、できるだけ大きな張力を電極およびセパ
レーターにかけながら巻回を行うことで得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごとく
この電極群は大きな張力で巻き締められていることか
ら、電池へ電解液を注入する際に、電解液は電極群の断
面部からしか浸透せず、電極合材層あるいはセパレータ
ーの空孔部に電解液が完全に浸透するまでにかなりの時
間を必要としていた。さらに、電極群の最内層部は、発
電素子の中でも特に巻き締まっていることから、この部
分では液が浸透しない部分も発生していた。
【0004】このような問題を解決するために、巻回を
行った後、電極群から巻芯を取り除き、電極群の最内層
部からも電解液を浸透させるという方法が考えられた
が、この場合、電極群の形状保持力が小さくなるという
問題が発生するうえ、巻芯を取り除く際に、電極のずれ
が発生することから、電極群が短絡を起こすという問題
が生じていた。
【0005】本発明は、このような問題を解決しようと
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の非水電解質二次
電池は、負極板と正極板とがセパレーターを介して巻回
された構造の電極群を備え、該電極群の中心部に耐電解
液性を有する筒状の巻芯を備えた非水電解質二次電池で
あって、上記筒状の巻芯の側面部に電解液浸透部を備え
ていることを特徴とするものである。
【0007】このように、電解液浸透部を備えた巻芯を
用いることによって、電極群の形状保持力は維持され、
電極群の最内層部からの電解液の浸透が可能となり、電
解液が完全に浸透するまでの時間が短縮され、電極群の
最内層部にも十分に液が浸透する。そして、本発明は特
に非水電解液二次電池に好適なものとなる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の非水電解質二次電池とし
ては、負極板がリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素
材料と結着剤とを含む負極合材層を有し、正極板がリチ
ウムと遷移金属との複合酸化物である活物質と導電剤と
結着剤とを含む正極合材層を有しているような構造のも
のが好ましい。
【0009】この場合、負極活物質としては、例えば、
ハードカーボン等の低結晶性炭素材料や、人造黒鉛、天
然黒鉛等の高結晶性炭素材料を用いることができ、これ
と共に用いる結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、
ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系高分子やその
他ゴム系高分子、セルロース系高分子等を用いることが
できる。
【0010】正極活物質としては、例えば、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、リチウム含有ニッケル・コバルト複合酸化物等を用
いることができ、これと共に用いる導電剤としては、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブ
ラック等を用いることができ、これらと共に用いる結着
剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオ
ロエチレン等のフッ素系高分子やその他ゴム系高分子、
セルロース系高分子等を用いることができる。電池に用
いられる電解液としては、例えば、その溶媒として、エ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネート、ビニレンカーボネート、トリフルオロ
プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、2-メチ
ル-γ-ブチロラクトン、アセチル-γ-ブチロラクトン、
γ-バレロラクトン、スルホラン、1,2-ジメトキシエタ
ン、1,2-ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メ
チルテトラヒドロフラン、3-メチル-1,3-ジオキソラ
ン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プ
ロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカ
ーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルイソ
プロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等が単独
又は二種以上混合されて用いられ、非水電解液の溶質と
しての電解質塩としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiB
F4、LiCF3SO3、LiCF3CF2SO3、LiCF3CF2CF2SO3、LiN(CF3
SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等が用いられる。
【0011】そして、巻芯には例えばこれら電解液に対
する耐電解液性が要求され、その材質としては、ステン
レス鋼や銅などの金属材料を用いることもできるが、ポ
リエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポ
リエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹
脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いるのが良
く、好ましくは、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン
系樹脂、フッ素系樹脂を用いるのが良く、さらに好まし
くは、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂を用
いるのが好ましく、さらにはポリエステル系樹脂を用い
るのが最も好ましい。
【0012】また、本発明の電池で用いる巻芯として
は、弾性を有するものが好ましく、特にこの弾性を有す
る巻芯は、例えば図6に示されるように、断面が長円形
状等の偏平円状の形状(円を押さえつけることによって
得られるような形状)を有する巻回体として電極群を構
成する場合に有効である。その理由は、例えば、円形状
に巻いた電極群を後からつぶして長円形状を有する巻回
体にすることができるからであって、また、巻芯が断面
が長円形状の状態で弾性を有していることにより、巻芯
により巻回体が圧迫され型崩れを起こしにくく、電極間
の密着性も良好に保たれることになるからである。そし
て、このように弾性を有する巻芯を構成する素材として
も、適度な弾性を有し、加工性も良好で安価なポリエス
テル系樹脂が最適である。
【0013】上記のような素材を用いて巻芯を作製する
方法としては、例えば図2,4,5に示されるように電
解液浸透部を形成した正方形、長方形、楕円形等のポリ
エチレンテレフタレート製樹脂のシートや板状体を用意
し、これを丸めて筒状にする方法、図3に示されるよう
に予め円筒状に樹脂を成形して作製した巻芯を用い、こ
れに電解液浸透部を形成する方法等を用いることができ
る。
【0014】巻芯の側面部の電解液浸透部は、例えば、
巻芯を微細な孔を有する多孔膜や網や布のような織材で
作製することによっても形成することが出来るが、好ま
しくは、貫通穴または切れ目を設けて構成するのが良
く、より好ましくは加工が容易という観点から切れ目を
設けて構成するのが良い。
【0015】貫通穴または切れ目を設ける場合、その位
置は、例えば、図2,3,4,5に示されるような巻芯
の断面中心から均等な4方向に向かう位置に設けるのが
良い。そして、貫通穴を設ける場合にはその形状として
は、特に円形または略円形が良く、その直径は巻芯の直
径の4分の1以下とするのが良く、さらに、このような
大きさの穴を巻芯の縦軸方向に4つ以上配列するのが良
い。
【0016】また、切れ目を設ける場合には、その長さ
は巻芯の縦軸の2分の1以上で、かつ縦軸長よりも短く
なるようにするのが良い。
【0017】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき詳述する。正極
板2は、厚み0. 02mmのアルミ箔の両面にコバルト酸
リチウム85重量部と導電剤であるグラファイト7重量
部および結着剤としてPTFE8重量部をペースト状に
して塗布、乾燥、圧延を施したものである。負極板3
は、厚み0. 01mmの銅箔の両面に人造黒鉛と、結着剤
としてのポリフッ化ビニリデンを92対8重量部の組成
で混合し、ペースト状にして塗布、乾燥、圧延した後、
負極の端部にニッケル製の負極リード6を超音波溶接に
て取り付けたものである。次に、正極2と負極3とを真
空中にて120℃で10時間乾燥し、セパレータ4を介
して渦巻き状に巻回した。図1に円筒形非水電解質二次
電池の構成例を示す。この図において、(1)は負極端
子を兼ねるケース、(2)は正極板、(3)は負極板、
(4)はセパレーター、(5)は正極リード、(7)は
正極端子、(8)は安全弁、(9)はPTC素子、(1
0)はガスケット、(11)は絶縁板であり、正極板2
とセパレーター4と負極板3とは円筒状の巻芯12を軸
に渦巻状に巻回されてケース内に収納されている。電解
液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネ
ートとの混合溶媒の中に六フッ化リン酸リチウムを1モ
ル/lの割合で溶解したものである。巻芯12の材質に
は、厚さ0.125mmmの板状のポリエチレンテレフタ
レート製の樹脂を使用し、縦方向および横方向に均等に
各4個ずつ、計16個の略円形の貫通穴からなる電解液
浸透部13を設け、それを図2に示すように円筒状に丸
めてポリイミド樹脂性テープで止めたものを巻芯とし
た。また、巻芯の高さは電極群の高さよりも短くした。
本発明の巻芯を適用した渦巻状電極群を有する有機電解
質二次電池を比較例1とする。比較のために、貫通穴を
設けなかった巻芯を適用した比較電池を比較例2とす
る。電池は各条件について10個ずつ作製した。これら
の電極群を収納した電池を、真空引きし、電池内の真空
度が750mmHg以上の状態で10分間保持した後、
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合
溶媒の中に六フッ化リン酸リチウムを1モル/lの割合
で溶解させた電解液を注入した後、封口を行った。次
に、これら電池を0.2Cの定電流充電法で、端子電圧
が4.1Vに至るまで充電を行った後、つづいて定電圧
充電法にもとづき3時間充電を行った。つづいて同じく
0.2Cの定電流で、端子電圧が2.75Vに達するま
で室温下で放電をおこなった。放電状態で停止した後、
電池を解体し、電極群の最内周2巻分の正極、負極およ
びセパレーターを取り出した。つづいて解体直後のこれ
らの重量を測定した後、さらにジメチルカーボネートで
洗浄後、80℃で3時間乾燥し、これらの重量を再測定
した。0.2C放電時の放電容量を下記表1に示す。さ
らに、下記表2に解体直後と、洗浄、乾燥後の電極群最
内層部の電極およびセパレーターの重量を示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】表1より、貫通孔を設けた巻芯を適用した
比較例1の方が、放電容量が大きいことが判る。さら
に、表2より、解体直後と洗浄、乾燥後の電極およびセ
パレータ−の重量を比較すると、比較例2では差がそれ
ほど観られないが、比較例1においては明確な差が観ら
れた。これらのことは、比較例2の電池においては、電
解液が発電素子最内層部にあまり浸透しておらず、その
部位の活物質が有効に充放電に利用されずに比較例1よ
りも放電容量が小さくなり、且つ電極およびセパレータ
ーの重量も洗浄、乾燥後であまり変化がなかったことを
示唆している。一方、比較例1においては電解液が、巻
芯に設けた貫通孔から電極およびセパレーターの空孔部
へ効率よく浸透し、電極群中の活物質のほとんど全てが
充放電に活用され、その結果、比較例2よりも大きな放
電容量を示し、且つ洗浄、乾燥により、浸透していた電
解液が取り除かれ、その減少分が重量変化として現れた
ものと考えられる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、電極群の最内層部への
電解液の浸透性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】円筒形非水電解質二次電池の構成を示す図であ
る。
【図2】電極群の中心部に挿入された巻芯の構造を示す
図である。
【図3】予め成形された樹脂製の巻芯を示す図である。
【図4】縦軸方向に筋状の穴が開孔された円筒形の巻芯
を示す図である。
【図5】横軸方向に筋状の穴が開孔された円筒形の巻芯
を示す図である。
【図6】断面が偏平円状の巻芯を備えた電池の断面図で
ある。
【符号の説明】
12:巻芯 13:電解液浸透部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極板と正極板とがセパレーターを介し
    て巻回された構造の電極群を備え、該電極群の中心部に
    耐電解液性を有する筒状の巻芯を備えた非水電解質二次
    電池であって、 上記筒状の巻芯の側面部に電解液浸透部を備えているこ
    とを特徴とする非水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】 負極板がリチウムイオンを吸蔵・放出可
    能な炭素材料と結着剤とを含む負極合材層を有し、正極
    板がリチウムと遷移金属との複合酸化物である活物質と
    導電剤と結着剤とを含む正極合材層を有していることを
    特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
  3. 【請求項3】 電解液浸透部が貫通穴または切れ目であ
    ることを特徴とする請求項1または2記載の非水電解質
    二次電池。
  4. 【請求項4】 巻芯の断面形状が偏平円状の形状を有
    し、巻芯が弾性を有していることを特徴とする請求項
    1、2または3記載の非水電解質二次電池。
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