JP2000357505A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JP2000357505A JP2000357505A JP11168381A JP16838199A JP2000357505A JP 2000357505 A JP2000357505 A JP 2000357505A JP 11168381 A JP11168381 A JP 11168381A JP 16838199 A JP16838199 A JP 16838199A JP 2000357505 A JP2000357505 A JP 2000357505A
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- positive electrode
- battery
- electrode plate
- aqueous electrolyte
- secondary battery
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電池の性能に影響を与えることなく過充電や
電池異常時における温度上昇に起因する電池の内部ショ
ートの発生を防止することができる安全性に優れた非水
電解液二次電池を提供する。 【解決手段】 集電体に負極活物質が塗布されてなる負
極３と、集電体に正極活物質が塗布されてなる正極１
と、非水電解液とを有する非水電解液二次電池において
前記正極１の表面にＣＭＣ（カルボキシメチルセルロー
ス）の薄膜を形成する。好ましくは前記薄膜の厚さを５
μｍ以下とする。
電池異常時における温度上昇に起因する電池の内部ショ
ートの発生を防止することができる安全性に優れた非水
電解液二次電池を提供する。 【解決手段】 集電体に負極活物質が塗布されてなる負
極３と、集電体に正極活物質が塗布されてなる正極１
と、非水電解液とを有する非水電解液二次電池において
前記正極１の表面にＣＭＣ（カルボキシメチルセルロー
ス）の薄膜を形成する。好ましくは前記薄膜の厚さを５
μｍ以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、非水電解液二次
電池に関し、過充電などにより電池温度が上昇した際の
電池の安全性を向上させる技術に関する。
電池に関し、過充電などにより電池温度が上昇した際の
電池の安全性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】非水電解液二次電池は、従来のニッケル
・カドミウム電池や鉛蓄電池のような水系の電解液二次
電池に比べ、高エネルギー密度、電池電圧が高く、自己
放電も少ないといった各種優れた特徴を有し、最近では
ノート型パソコンや携帯電話機などの電子機器を中心と
して広く用いられるようになってきている。
・カドミウム電池や鉛蓄電池のような水系の電解液二次
電池に比べ、高エネルギー密度、電池電圧が高く、自己
放電も少ないといった各種優れた特徴を有し、最近では
ノート型パソコンや携帯電話機などの電子機器を中心と
して広く用いられるようになってきている。
【０００３】非水電解液二次電池は、よく知られている
ように、炭素材料のようにリチウムイオンのドープ・脱
ドープが可能な物質を負極活物質とし、一方、リチウム
コバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を正極活物
質とし、非水の溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電
解液を電解液として用いるものである。そして、一般的
な非水電解液二次電池は、結着剤などとともに調整した
前記正極活物質をアルミニウム箔などの金属箔からなる
正極集電体の表面に塗布した正極板と、結着剤などとと
もに調整した前記負極活物質を銅箔などの金属箔からな
る負極集電体の表面に塗布した負極板とを、ポリプロピ
レンフィルムなどのセパレータを介して巻回した状態で
電池缶内に収容し、これに非水電解液を含浸させた構成
としている。
ように、炭素材料のようにリチウムイオンのドープ・脱
ドープが可能な物質を負極活物質とし、一方、リチウム
コバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を正極活物
質とし、非水の溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電
解液を電解液として用いるものである。そして、一般的
な非水電解液二次電池は、結着剤などとともに調整した
前記正極活物質をアルミニウム箔などの金属箔からなる
正極集電体の表面に塗布した正極板と、結着剤などとと
もに調整した前記負極活物質を銅箔などの金属箔からな
る負極集電体の表面に塗布した負極板とを、ポリプロピ
レンフィルムなどのセパレータを介して巻回した状態で
電池缶内に収容し、これに非水電解液を含浸させた構成
としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したセ
パレータの厚みは１０〜５０μｍと薄いため、充電器の
回路故障による過充電や電池内部の異常等により電池温
度が上昇した場合、セパレータの溶融や収縮により内部
ショートが発生し、電池の破裂や燃焼をまねくおそれが
ある。
パレータの厚みは１０〜５０μｍと薄いため、充電器の
回路故障による過充電や電池内部の異常等により電池温
度が上昇した場合、セパレータの溶融や収縮により内部
ショートが発生し、電池の破裂や燃焼をまねくおそれが
ある。
【０００５】そこで、この問題を回避するため、例え
ば、セパレータの厚みを増したり正負極間の間隔を拡げ
ることが考えられるが、一般に非水電解液の伝導度は水
系電解液の伝導度に比べて小さく、微小な伝導度の変化
によっても電池容量等の電池性能が大きく変化してしま
うおそれがあるため、むやみにセパレータの厚みを増し
たり正負極間の間隔を拡げることはあまり好ましい方法
であるとはいえない。
ば、セパレータの厚みを増したり正負極間の間隔を拡げ
ることが考えられるが、一般に非水電解液の伝導度は水
系電解液の伝導度に比べて小さく、微小な伝導度の変化
によっても電池容量等の電池性能が大きく変化してしま
うおそれがあるため、むやみにセパレータの厚みを増し
たり正負極間の間隔を拡げることはあまり好ましい方法
であるとはいえない。
【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、電池の性能に影響を与えることなく過充
電や電池異常時における温度上昇に起因する電池の内部
ショートの発生を防止することができる、安全性に優れ
た非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
ものであって、電池の性能に影響を与えることなく過充
電や電池異常時における温度上昇に起因する電池の内部
ショートの発生を防止することができる、安全性に優れ
た非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明は、集電体に負極活物質が塗布されてなる負極
と、集電体に正極活物質が塗布されてなる正極と、非水
電解液とを有する非水電解液二次電池であって、前記正
極の表面にカルボキシメチルセルロースの薄膜が形成さ
れてなることとする。
の本発明は、集電体に負極活物質が塗布されてなる負極
と、集電体に正極活物質が塗布されてなる正極と、非水
電解液とを有する非水電解液二次電池であって、前記正
極の表面にカルボキシメチルセルロースの薄膜が形成さ
れてなることとする。
【０００８】このように正極の表面にカルボキシメチル
セルロースの薄膜が形成されているため、電池温度の上
昇によりセパレータが溶融したり収縮するなどしても正
負電極が直接接触することがなく、内部ショートの発生
を防止することができる。
セルロースの薄膜が形成されているため、電池温度の上
昇によりセパレータが溶融したり収縮するなどしても正
負電極が直接接触することがなく、内部ショートの発生
を防止することができる。
【０００９】また、好ましくは前記非水電解液二次電池
において、前記カルボキシメチルセルロースの薄膜の厚
さを５μｍ以下とすることとする。
において、前記カルボキシメチルセルロースの薄膜の厚
さを５μｍ以下とすることとする。
【００１０】この程度の厚さとすれば伝導度の変化が最
小限に抑えられ、電池の性能を損ねることなく、正負電
極の接触による内部ショートの発生を効果的に防止する
ことができる。
小限に抑えられ、電池の性能を損ねることなく、正負電
極の接触による内部ショートの発生を効果的に防止する
ことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例による非
水電解液二次電池の縦断面図である。この非水電解液二
次電池は、シート状の正極板１および負極板３とこれら
の間に挟んだフィルム状セパレータ５とを渦巻状に巻回
してなるスパイラル電極７と、このスパイラル電極７が
収納され当該電池の負極端子として機能する有底筒状の
外装缶９と、外装缶９の開口部に絶縁ガスケット１１を
介して取り付けられ前記開口部を封止する封口板１３
と、封口板１３の上部にスポット溶接により一体化され
た正極端子板１５と、正極端子板１５と封口板１３との
間に介挿され電池内圧の上昇時に亀裂を生じて電池内部
に発生したガスを電池外部へと放出するシート状の安全
弁１７と、正極板１と封口板１３とを導通させるチタン
製の正極リード１９と、負極板３と外装缶９とを導通さ
せるニッケル製の負極リード２１と、前記スパイラル電
極７の底部に位置するように前記外装缶９の内底面にセ
ットされるポリプロピレン製の絶縁底板２３等によって
構成される。尚、この電池のサイズは１８６５０サイズ
（直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ）である。
水電解液二次電池の縦断面図である。この非水電解液二
次電池は、シート状の正極板１および負極板３とこれら
の間に挟んだフィルム状セパレータ５とを渦巻状に巻回
してなるスパイラル電極７と、このスパイラル電極７が
収納され当該電池の負極端子として機能する有底筒状の
外装缶９と、外装缶９の開口部に絶縁ガスケット１１を
介して取り付けられ前記開口部を封止する封口板１３
と、封口板１３の上部にスポット溶接により一体化され
た正極端子板１５と、正極端子板１５と封口板１３との
間に介挿され電池内圧の上昇時に亀裂を生じて電池内部
に発生したガスを電池外部へと放出するシート状の安全
弁１７と、正極板１と封口板１３とを導通させるチタン
製の正極リード１９と、負極板３と外装缶９とを導通さ
せるニッケル製の負極リード２１と、前記スパイラル電
極７の底部に位置するように前記外装缶９の内底面にセ
ットされるポリプロピレン製の絶縁底板２３等によって
構成される。尚、この電池のサイズは１８６５０サイズ
（直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ）である。
【００１２】つぎに、この非水電解液二次電池の製造方
法について説明する。まず、前記正極板１は、正極活物
質となるＬｉＣｏＯ２と、導電材としてのカーボン粉末
と、結着剤としてのＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオラ
イド）の水性ディスパージョンとをそれぞれ１００：１
０：１０の重量比で混合し、これに溶媒としてＮＭＰ
（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を加えてペースト状に
混練したものを、正極集電体となる厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔の両面に塗着・乾燥した後、さらにこの上に
ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液を塗布し
て乾燥・圧延し、シート状に切断したものである。尚、
前記正極活物質（ＬｉＣｏＯ２）は、酸化コバルト（Ｃ
ｏＯ）と、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）とをそれぞれ
２：１のモル比で混合し、空気中で９００℃に９時間加
熱して生成したものである。また、正極板１の表面の一
部は掻き取って前記集電体の表面を露出させ、その部分
に前記正極リード１９の一端をスポット溶接する。
法について説明する。まず、前記正極板１は、正極活物
質となるＬｉＣｏＯ２と、導電材としてのカーボン粉末
と、結着剤としてのＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオラ
イド）の水性ディスパージョンとをそれぞれ１００：１
０：１０の重量比で混合し、これに溶媒としてＮＭＰ
（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を加えてペースト状に
混練したものを、正極集電体となる厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔の両面に塗着・乾燥した後、さらにこの上に
ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液を塗布し
て乾燥・圧延し、シート状に切断したものである。尚、
前記正極活物質（ＬｉＣｏＯ２）は、酸化コバルト（Ｃ
ｏＯ）と、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）とをそれぞれ
２：１のモル比で混合し、空気中で９００℃に９時間加
熱して生成したものである。また、正極板１の表面の一
部は掻き取って前記集電体の表面を露出させ、その部分
に前記正極リード１９の一端をスポット溶接する。
【００１３】一方、前記負極板３は、負極活物質となる
黒鉛と、結着剤のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）の水性ディスパージョンと、ＣＭＣとをそれぞれ１
００：４：２の重量比で混練したものを、負極集電体と
なる銅箔の両面に塗布し乾燥した後、シート状に切断し
たものである。また、負極板３の表面の一部は掻き取っ
て前記集電体の表面を露出させ、その部分に前記負極リ
ード２１の一端をスポット溶接する。
黒鉛と、結着剤のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）の水性ディスパージョンと、ＣＭＣとをそれぞれ１
００：４：２の重量比で混練したものを、負極集電体と
なる銅箔の両面に塗布し乾燥した後、シート状に切断し
たものである。また、負極板３の表面の一部は掻き取っ
て前記集電体の表面を露出させ、その部分に前記負極リ
ード２１の一端をスポット溶接する。
【００１４】つぎに、以上の構成からなるシート状の正
極板１および負極板３とこれらの間にサンドイッチ状に
挟んだポリプロピレン製のフィルム状セパレータ５とを
前述したように渦巻状に巻回してスパイラル電極７とす
る。そして、外装缶９の内底面にポリプロピレン製の絶
縁底板２３をセットした後、外装缶９に前記スパイラル
電極７を挿入する。このとき、スパイラル電極７から延
出する負極リード２１の一端を外装缶９の内底面にスポ
ット溶接する。その後、外装缶９内に非水電解液を注入
してスパイラル電極７に非水電解液を含浸させる。ここ
で前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、ジ
エチルカーボネートとを等容量混合した溶媒にＬｉＰＦ
６（濃度は１モル／ｌ）を電解質として加えたものを用
いた。
極板１および負極板３とこれらの間にサンドイッチ状に
挟んだポリプロピレン製のフィルム状セパレータ５とを
前述したように渦巻状に巻回してスパイラル電極７とす
る。そして、外装缶９の内底面にポリプロピレン製の絶
縁底板２３をセットした後、外装缶９に前記スパイラル
電極７を挿入する。このとき、スパイラル電極７から延
出する負極リード２１の一端を外装缶９の内底面にスポ
ット溶接する。その後、外装缶９内に非水電解液を注入
してスパイラル電極７に非水電解液を含浸させる。ここ
で前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、ジ
エチルカーボネートとを等容量混合した溶媒にＬｉＰＦ
６（濃度は１モル／ｌ）を電解質として加えたものを用
いた。
【００１５】最後に、安全弁１７を介在させて正極端子
板１５をスポット溶接した封口板１３の底部に、スパイ
ラル電極７から延出する正極リード１９の一端をスポッ
ト溶接し、外装缶９と封口板１３の間に絶縁ガスケット
１１を介在させて外装缶９の上部周縁を封口板１３の外
周縁部とともにカシメ加工を施し、外周縁部により正極
板１および安全弁１７を包み込むようにして外装缶９の
開口部を封口する。
板１５をスポット溶接した封口板１３の底部に、スパイ
ラル電極７から延出する正極リード１９の一端をスポッ
ト溶接し、外装缶９と封口板１３の間に絶縁ガスケット
１１を介在させて外装缶９の上部周縁を封口板１３の外
周縁部とともにカシメ加工を施し、外周縁部により正極
板１および安全弁１７を包み込むようにして外装缶９の
開口部を封口する。
【００１６】＝＝＝試験＝＝＝ 以上の構成の非水電解液二次電池において前記正極板表
面に塗布するＣＭＣの厚さのみを変えた、実施例１，２
および比較例１，２，３の５種類の非水電解液二次電池
を作成し、つぎに示す試験を行った。ここでＣＭＣの膜
圧は高電子分光分析装置（ＸＰＳ：X-ray Photoelectro
n Spectroscopy）を用いた定性分析により測定し、サン
プル表面から集電体表面に向かって測定していった場合
に正極活物質（ＬｉＣｏＯ２）を構成するＣｏ元素が始
めて検出された位置までを膜圧とした。また、実施例お
よび比較例の各電池について、正極板１と負極板３を重
ね合わせ、正負極間の導通状態を確認した。
面に塗布するＣＭＣの厚さのみを変えた、実施例１，２
および比較例１，２，３の５種類の非水電解液二次電池
を作成し、つぎに示す試験を行った。ここでＣＭＣの膜
圧は高電子分光分析装置（ＸＰＳ：X-ray Photoelectro
n Spectroscopy）を用いた定性分析により測定し、サン
プル表面から集電体表面に向かって測定していった場合
に正極活物質（ＬｉＣｏＯ２）を構成するＣｏ元素が始
めて検出された位置までを膜圧とした。また、実施例お
よび比較例の各電池について、正極板１と負極板３を重
ね合わせ、正負極間の導通状態を確認した。
【００１７】（試験１）電池負荷試験 実施例および比較例の各電池を定電圧定電流（電圧：
４．２Ｖ、電流：１．５Ａ、充電時間４時間）で充電
し、高負荷（電圧：３．０Ｖ、電流：３．０Ａ）で放電
させた時の放電容量（高負荷放電容量）と、低負荷（電
圧３．０Ｖ、電流：０．７５Ａ）で放電させた時の放電
容量（低負荷放電容量）を測定し、高負荷放電容量を低
負荷放電容量で除した値（両者の比率）を求めた。
４．２Ｖ、電流：１．５Ａ、充電時間４時間）で充電
し、高負荷（電圧：３．０Ｖ、電流：３．０Ａ）で放電
させた時の放電容量（高負荷放電容量）と、低負荷（電
圧３．０Ｖ、電流：０．７５Ａ）で放電させた時の放電
容量（低負荷放電容量）を測定し、高負荷放電容量を低
負荷放電容量で除した値（両者の比率）を求めた。
【００１８】（試験２）電池過充電試験 各電池について３．０Ａ、１８Ｖの定電流定電圧充電を
行い、電池表面温度が１２０℃になったところで通電を
止め、電池の安全性を比較した。安全性の評価は、破裂
および発火が無かった場合を「合格」とし、破裂もしく
は発火が有った場合は「不合格」とした。
行い、電池表面温度が１２０℃になったところで通電を
止め、電池の安全性を比較した。安全性の評価は、破裂
および発火が無かった場合を「合格」とし、破裂もしく
は発火が有った場合は「不合格」とした。
【００１９】（試験１）および（試験２）の結果を表１
に示す。尚、試験は各電池につき３回ずつ行った。
に示す。尚、試験は各電池につき３回ずつ行った。
【００２０】
【表１】
【００２１】この表から、実施例１および実施例２にお
ける非水電解液二次電池においては、高負荷放電容量と
低負荷放電容量との比が９０％とほぼ等しく、負荷の違
いによる放電容量の変化が少ない、安定した品質を有す
る電池であることがわかる。
ける非水電解液二次電池においては、高負荷放電容量と
低負荷放電容量との比が９０％とほぼ等しく、負荷の違
いによる放電容量の変化が少ない、安定した品質を有す
る電池であることがわかる。
【００２２】また、実施例１および実施例２は、過充電
を行った場合でも破裂、発火することがなく、ＣＭＣを
塗布することで内部ショートの発生が防止されることは
明らかである。また、実施例１および実施例２と、比較
例２および比較例３との比較から、ＣＭＣの厚さを５μ
ｍ以下とした場合には特に安定した放電容量の非水電解
液二次電池を得ることができることがわかる。
を行った場合でも破裂、発火することがなく、ＣＭＣを
塗布することで内部ショートの発生が防止されることは
明らかである。また、実施例１および実施例２と、比較
例２および比較例３との比較から、ＣＭＣの厚さを５μ
ｍ以下とした場合には特に安定した放電容量の非水電解
液二次電池を得ることができることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】以上の結果より、本発明の非水電解液二
次電池は、正極板の表面にＣＭＣ（カルボキシメチルセ
ルロース）の薄膜を設けるという簡単な構成により内部
ショートの発生を容易に防止することができ、電池の性
能に影響を与えることもなく、過充電や電池異常時にお
ける温度上昇に起因する電池の内部ショートの発生を防
止することができる。
次電池は、正極板の表面にＣＭＣ（カルボキシメチルセ
ルロース）の薄膜を設けるという簡単な構成により内部
ショートの発生を容易に防止することができ、電池の性
能に影響を与えることもなく、過充電や電池異常時にお
ける温度上昇に起因する電池の内部ショートの発生を防
止することができる。
【００２４】また、薄膜の厚さを５μｍ以下とすれば電
池の性能を十分に維持したまま内部ショートの発生を効
果的に防止することができる。
池の性能を十分に維持したまま内部ショートの発生を効
果的に防止することができる。
【図１】本発明の一実施例による非水電解液二次電池の
縦断面図を示す図である。
縦断面図を示す図である。
１ 正極板 ３ 負極板 ５ セパレータ ７ スパイラル電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H014 AA02 AA04 BB08 CC01 EE01 HH06 5H029 AJ12 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ07 CJ22 DJ08 EJ12 HJ04
Claims (2)
- 【請求項１】 集電体に負極活物質が塗布されてなる負
極と、集電体に正極活物質が塗布されてなる正極と、非
水電解液とを有する非水電解液二次電池であって、前記
正極の表面にカルボキシメチルセルロースの薄膜が形成
されてなることを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項２】 前記薄膜の厚さが５μｍ以下であること
を特徴とする請求項１に記載の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11168381A JP2000357505A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11168381A JP2000357505A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357505A true JP2000357505A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15867057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11168381A Pending JP2000357505A (ja) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000357505A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310619A (ja) * | 2004-04-23 | 2005-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| EP2555293A1 (en) | 2011-08-03 | 2013-02-06 | Leclanché S.A. | Aqueous slurry for battery electrodes |
| EP2737566A1 (en) * | 2011-07-28 | 2014-06-04 | Arkema, Inc. | Waterborne fluoropolymer composition |
| US9202638B2 (en) | 2009-05-29 | 2015-12-01 | Arkema Inc. | Aqueous polyvinylidene fluoride composition |
| US9385374B2 (en) | 2014-04-01 | 2016-07-05 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Electrode binder composition for lithium ion electrical storage devices |
| WO2019065151A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | マクセルホールディングス株式会社 | 非水二次電池及びそれに用いる非水電解液、並びにその非水二次電池の製造方法 |
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| US11532820B2 (en) | 2014-04-01 | 2022-12-20 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Aqueous binder composition for lithium ion electrical storage devices |
-
1999
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