JP2001035471A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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- JP2001035471A JP2001035471A JP11202777A JP20277799A JP2001035471A JP 2001035471 A JP2001035471 A JP 2001035471A JP 11202777 A JP11202777 A JP 11202777A JP 20277799 A JP20277799 A JP 20277799A JP 2001035471 A JP2001035471 A JP 2001035471A
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- Japan
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- aqueous electrolyte
- separator
- secondary battery
- negative electrode
- porosity
- Prior art date
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- Y—GENERAL 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
- 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
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】保存性能の改善された非水電解質二次電池を提
供する。 【解決手段】本発明の電池は、電気化学反応を行う正負
の電極と、これら正負極間でイオンを移動させる非水電
解質と、これら電極間に介在して短絡を防止する多孔質
のセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、
前記セパレータの気孔率が、正極側で小さく、負極側で
大きいことを特徴とする。
供する。 【解決手段】本発明の電池は、電気化学反応を行う正負
の電極と、これら正負極間でイオンを移動させる非水電
解質と、これら電極間に介在して短絡を防止する多孔質
のセパレータとを備えた非水電解質二次電池において、
前記セパレータの気孔率が、正極側で小さく、負極側で
大きいことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、リチウムイオン
二次電池などの非水電解質二次電池に属する。
二次電池などの非水電解質二次電池に属する。
【０００２】
【従来の技術】蓄電池は、据置用とサイクル用の２種類
に大別される。据置用蓄電池は、商用電源が停電すると
産業界に混乱が生じるので、停電時に無瞬断で負荷に電
力を供給できるように常時は充電状態で待機して停電時
にだけ放電するものである。これに対して、サイクル用
蓄電池は、携帯電話、フォークリフト、電気自動車など
の移動体の主電源として放電と充電とを繰り返して使用
するものである。携帯電話用としては特にリチウムイオ
ン電池が普及しており、携帯電話の普及に伴い、寿命、
安全性などの諸特性における今後の更なる改良が期待さ
れている。
に大別される。据置用蓄電池は、商用電源が停電すると
産業界に混乱が生じるので、停電時に無瞬断で負荷に電
力を供給できるように常時は充電状態で待機して停電時
にだけ放電するものである。これに対して、サイクル用
蓄電池は、携帯電話、フォークリフト、電気自動車など
の移動体の主電源として放電と充電とを繰り返して使用
するものである。携帯電話用としては特にリチウムイオ
ン電池が普及しており、携帯電話の普及に伴い、寿命、
安全性などの諸特性における今後の更なる改良が期待さ
れている。
【０００３】リチウムイオン二次電池の動作原理を概略
すると、放電時には負極リチウムＬｉがリチウムイオン
Ｌｉ+となるように負極中の金属がイオン化し、電解液
と溶媒和して正極に移動する。充電時には、これと逆方
向に両極で反応が進行する。正極活物質としては、合成
が容易で充放電サイクル寿命が長いリチウムコバルト複
合酸化物LiCoO2が用いられ、負極活物質としては金属リ
チウムよりも安全な黒鉛などの炭素材料が用いられてい
る。又、セパレータとしては電流のシャットダウン機能
をもたせるために有機高分子からなる多孔膜が用いられ
ている。
すると、放電時には負極リチウムＬｉがリチウムイオン
Ｌｉ+となるように負極中の金属がイオン化し、電解液
と溶媒和して正極に移動する。充電時には、これと逆方
向に両極で反応が進行する。正極活物質としては、合成
が容易で充放電サイクル寿命が長いリチウムコバルト複
合酸化物LiCoO2が用いられ、負極活物質としては金属リ
チウムよりも安全な黒鉛などの炭素材料が用いられてい
る。又、セパレータとしては電流のシャットダウン機能
をもたせるために有機高分子からなる多孔膜が用いられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の如くリチウムイ
オン電池等の非水電解質電池の場合、電解液はイオンを
移動させるだけで電気化学反応に関与すべきものではな
いので、水溶液を電解液とする蓄電池と異なる劣化原因
を有する。そのような非水電解質二次電池特有の劣化原
因の主なものに負極活物質上での不活性皮膜の成長が挙
げられる。
オン電池等の非水電解質電池の場合、電解液はイオンを
移動させるだけで電気化学反応に関与すべきものではな
いので、水溶液を電解液とする蓄電池と異なる劣化原因
を有する。そのような非水電解質二次電池特有の劣化原
因の主なものに負極活物質上での不活性皮膜の成長が挙
げられる。
【０００５】リチウムイオン電池の例で述べると、不活
性皮膜は、本来放電時に溶媒和されて正極に向かうべき
リチウムイオンが、溶媒和されずに負極と電解液との界
面で停滞して電解液と不可逆的に反応することにより発
生する。また、一定電圧をかけた充電状態で放置した場
合には、電圧を保つために負極から電解液との界面に向
かう濃度拡散には制限が与えられるが、リチウムイオン
が動かない雰囲気であるために負極と電解液との界面に
おいて同じリチウムイオンと電解液とが接触する時間が
長くなり、皮膜成長により容量が徐々に減少する。
性皮膜は、本来放電時に溶媒和されて正極に向かうべき
リチウムイオンが、溶媒和されずに負極と電解液との界
面で停滞して電解液と不可逆的に反応することにより発
生する。また、一定電圧をかけた充電状態で放置した場
合には、電圧を保つために負極から電解液との界面に向
かう濃度拡散には制限が与えられるが、リチウムイオン
が動かない雰囲気であるために負極と電解液との界面に
おいて同じリチウムイオンと電解液とが接触する時間が
長くなり、皮膜成長により容量が徐々に減少する。
【０００６】そして、それら皮膜が成長してセパレータ
の気孔が閉塞されると、拡散インピーダンスの上昇に基
づいて分極の増大を招き、容量低下が加速される。それ
故、この発明の目的は、保存性能の改善された非水電解
質二次電池を提供することにある。
の気孔が閉塞されると、拡散インピーダンスの上昇に基
づいて分極の増大を招き、容量低下が加速される。それ
故、この発明の目的は、保存性能の改善された非水電解
質二次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の電池は、電気化学反応を行う正負の電極
と、これら正負極間でイオンを移動させる非水電解質
と、これら電極間に介在して短絡を防止する多孔質のセ
パレータとを備えた非水電解質二次電池において、前記
セパレータの気孔率が、正極側で小さく、負極側で大き
いことを特徴とする。
に、この発明の電池は、電気化学反応を行う正負の電極
と、これら正負極間でイオンを移動させる非水電解質
と、これら電極間に介在して短絡を防止する多孔質のセ
パレータとを備えた非水電解質二次電池において、前記
セパレータの気孔率が、正極側で小さく、負極側で大き
いことを特徴とする。
【０００８】この発明では、不活性皮膜の生じにくい正
極側でセパレータの気孔率を小さくして電極間の短絡を
防止する一方、不活性皮膜の生じる負極側でセパレータ
の気孔率を大きくすることにより皮膜によるセパレータ
の閉塞を防止した。従って、セパレータ本来の機能を維
持しつつ、容量低下を抑制することができる。
極側でセパレータの気孔率を小さくして電極間の短絡を
防止する一方、不活性皮膜の生じる負極側でセパレータ
の気孔率を大きくすることにより皮膜によるセパレータ
の閉塞を防止した。従って、セパレータ本来の機能を維
持しつつ、容量低下を抑制することができる。
【０００９】前記セパレータとしては、表裏面で気孔率
の異なる１枚のシート材料を用いても良いが、気孔率の
小さい正極側シートと、気孔率の大きい負極側シートと
を互いに張り合わせることで容易に製造できる。気孔率
は、電子顕微鏡写真の全体面積に対する全気孔面積の比
から算出することもできるし、複数のシートを張り合わ
せて構成する場合は、各シートの密度と体積とから算出
することもできる。
の異なる１枚のシート材料を用いても良いが、気孔率の
小さい正極側シートと、気孔率の大きい負極側シートと
を互いに張り合わせることで容易に製造できる。気孔率
は、電子顕微鏡写真の全体面積に対する全気孔面積の比
から算出することもできるし、複数のシートを張り合わ
せて構成する場合は、各シートの密度と体積とから算出
することもできる。
【００１０】
【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の仕様
のリチウムイオン二次電池を製作した。制作した電池の
発電要素は、正極板、セパレータ、負極板及びセパレー
タであり、順に重ね合わせてポリエチレンの巻芯を中心
として、その周囲に扁平状に巻かれている。セパレータ
に電解液が含浸されている。
のリチウムイオン二次電池を製作した。制作した電池の
発電要素は、正極板、セパレータ、負極板及びセパレー
タであり、順に重ね合わせてポリエチレンの巻芯を中心
として、その周囲に扁平状に巻かれている。セパレータ
に電解液が含浸されている。
【００１１】正極板は、厚さ２０μｍのＡｌ箔からなる
集電体に活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物Li
CoO2を含む合剤層が保持されたものである。正極合剤
は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン６部と導電剤で
あるアセチレンブラック３部とを上記活物質９１部とと
もに混合してペースト状に調製された。その合剤を、そ
の集電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによ
って正極板が製作された。
集電体に活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物Li
CoO2を含む合剤層が保持されたものである。正極合剤
は、結着剤であるポリフッ化ビニリデン６部と導電剤で
あるアセチレンブラック３部とを上記活物質９１部とと
もに混合してペースト状に調製された。その合剤を、そ
の集電体材料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによ
って正極板が製作された。
【００１２】負極板は、厚さ２０μｍのＣｕ箔からなる
集電体にホスト物質としての黒鉛を含む合剤層が保持さ
れたものである。負極合剤は、比表面積１ｍ2／ｇの黒
鉛粉末９２部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン８
部とを混合して適宜Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加え
てペースト状に調製された。その合剤を、その集電体材
料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによって負極板
が製作された。
集電体にホスト物質としての黒鉛を含む合剤層が保持さ
れたものである。負極合剤は、比表面積１ｍ2／ｇの黒
鉛粉末９２部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン８
部とを混合して適宜Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加え
てペースト状に調製された。その合剤を、その集電体材
料の両面に塗布、乾燥し、加圧することによって負極板
が製作された。
【００１３】セパレータは、気孔率３５％、厚さ２５μ
ｍのポリエチレンシートと、気孔率４５％、厚さ２５μ
ｍのポリエチレンシートとを張り合わせたもので、気孔
率の大きいシートが負極と対向するように電極間に介在
させた。また、電解液は、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含
むエチレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝１：
１（体積比）の混合液である。
ｍのポリエチレンシートと、気孔率４５％、厚さ２５μ
ｍのポリエチレンシートとを張り合わせたもので、気孔
率の大きいシートが負極と対向するように電極間に介在
させた。また、電解液は、ＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／ｌ含
むエチレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝１：
１（体積比）の混合液である。
【００１４】比較のために、上記セパレータに代えて気
孔率４０％、厚さ５０μｍのポリエチレンシートをセパ
レータとして用いた以外は上記電池と同様にして比較用
の電池を製造した。得られた電池は、電池電圧が３．６
Ｖ、放電容量が４００ｍＡｈであった。
孔率４０％、厚さ５０μｍのポリエチレンシートをセパ
レータとして用いた以外は上記電池と同様にして比較用
の電池を製造した。得られた電池は、電池電圧が３．６
Ｖ、放電容量が４００ｍＡｈであった。
【００１５】製造した各電池に４．１Ｖの定電圧を印加
して所定期間充電し続けて容量保持率を測定した。容量
保持率は、いずれも充電中に電池を取り出して１ＣＡの
定電流で２．７５Ｖまで放電し、（放電容量／初期容
量）×１００を算出することにより求めた。充電期間と
容量保持率との関係を表１及び図１に示す。図１は表１
の値を打点したグラフである。
して所定期間充電し続けて容量保持率を測定した。容量
保持率は、いずれも充電中に電池を取り出して１ＣＡの
定電流で２．７５Ｖまで放電し、（放電容量／初期容
量）×１００を算出することにより求めた。充電期間と
容量保持率との関係を表１及び図１に示す。図１は表１
の値を打点したグラフである。
【００１６】
【表１】 表１及び図１にみられるように、セパレータの気孔率を
正極側と負極側とで異ならせることにより、容量保持率
が著しく改善されることが明らかである。
正極側と負極側とで異ならせることにより、容量保持率
が著しく改善されることが明らかである。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、充電中に蓄電池の容
量が低下しにくいので電池の寿命が延びる。
量が低下しにくいので電池の寿命が延びる。
【図１】 充電期間中の容量保持率に対するセパレータ
形状の影響を示すグラフである。
形状の影響を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】電気化学反応を行う正負の電極と、これら
正負極間でイオンを移動させる非水電解質と、これら電
極間に介在して短絡を防止する多孔質のセパレータとを
備えた非水電解質二次電池において、 前記セパレータの気孔率が、正極側で小さく、負極側で
大きいことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項２】前記セパレータは、気孔率の小さい正極側
シートと、気孔率の大きい負極側シートとからなり、そ
れらシートが互いに張り合わせられている請求項１に記
載の非水電解質二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202777A JP2001035471A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202777A JP2001035471A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 非水電解質二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001035471A true JP2001035471A (ja) | 2001-02-09 |
Family
ID=16463023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11202777A Pending JP2001035471A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001035471A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347125A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Toshiba Corp | 非水電解質二次電池 |
| JP2008123861A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2008270160A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池 |
| KR20120035359A (ko) * | 2010-10-05 | 2012-04-16 | 주식회사 엘지화학 | 사이클 특성이 개선된 전기화학소자 |
| JP2012199252A (ja) * | 2012-07-13 | 2012-10-18 | Nissan Motor Co Ltd | 電池用セパレータおよびこれを用いた電池 |
| JP2013016523A (ja) * | 2012-10-25 | 2013-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| KR101251197B1 (ko) | 2011-09-05 | 2013-04-08 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 내열 절연층 부착 세퍼레이터 |
| JP2015026459A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-05 | 日産自動車株式会社 | 非水電解質二次電池用セパレータおよびこれを含む非水電解質二次電池 |
-
1999
- 1999-07-16 JP JP11202777A patent/JP2001035471A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005347125A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Toshiba Corp | 非水電解質二次電池 |
| JP2008123861A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2008270160A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池 |
| KR20120035359A (ko) * | 2010-10-05 | 2012-04-16 | 주식회사 엘지화학 | 사이클 특성이 개선된 전기화학소자 |
| KR101596491B1 (ko) | 2010-10-05 | 2016-02-23 | 주식회사 엘지화학 | 사이클 특성이 개선된 전기화학소자 |
| KR101251197B1 (ko) | 2011-09-05 | 2013-04-08 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 내열 절연층 부착 세퍼레이터 |
| JP2012199252A (ja) * | 2012-07-13 | 2012-10-18 | Nissan Motor Co Ltd | 電池用セパレータおよびこれを用いた電池 |
| JP2013016523A (ja) * | 2012-10-25 | 2013-01-24 | Nissan Motor Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| JP2015026459A (ja) * | 2013-07-24 | 2015-02-05 | 日産自動車株式会社 | 非水電解質二次電池用セパレータおよびこれを含む非水電解質二次電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051213 |