JP2001148242A - 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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Abstract
非水電解質二次電池の提供。 【解決手段】(1)耐熱性のある電極や部材を選定し
た。 (2)微粉を減らすことにより電極活物質をさらに熱的
に安定なものとした。 (3)電極を200から450℃で熱処理することによ
り電池特性の劣化を抑えた。 (4)電解液の選択耐熱部材の選択において、最適な組
合わせを検討した。これらの技術の最適な組合わせによ
り、リフロー温度に耐えうるコイン型(ボタン型)非水
電解質二次電池を作製した。
Description
出可能な物質を負極及び正極の活物質とし、リチウムイ
オン導電性の非水電解質を用いるコイン型(ボタン型)
非水電解質二次電池に関する。
解質二次電池は、高エネルギー密度、軽量であるといっ
た特徴により、機器のバックアップ用の電源としての用
途が増加している。従来のコイン型(ボタン型)非水電
解質二次電池のほとんどは、何等かの形で負極の活物質
にリチウムを加える必要があった。例えば、負極にリチ
ウム−アルミニウム合金と正極に3V級のリチウム含有
マンガン酸化物を用いた電池の場合、負極のアルミニウ
ムにリチウムを圧着する必要があった。また、負極に炭
素と正極に3V級のリチウム含有マンガン酸化物を用い
た電池の場合、負極にリチウムを電気化学的にドープす
る必要があった。
よび正・負極缶の絶縁を保つガスケットの材質が極めて
重要である。従来ガスケット材質としては、耐薬品性、
弾力性、耐クリープ性にすぐれ、成形性がよく、射出成
形可能で安価なポリプロピレンが用いられてきた。該電
池は、主にメモリーバックアップ電源として用いる場
合、該電池にハンダ付用の端子を溶接した後、メモリー
素子とともにプリント基板上にハンダ付されることが多
い。従来、プリント基板上へのハンダ付は、ハンダこて
を用いて行なわれていたが、機器の小型化あるいは高機
能化にともない、プリント基板の同一面積内に搭載され
る電子部品を多くする必要が生じハンダ付のためにハン
ダこてを挿入する隙間を確保することが困難となってき
た。また、ハンダ付け作業もコストダウンのため自動化
が求められていた。
付を行う部分にハンダクリーム等を塗布しておきその部
分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後ハンダ
小球をハンダ付部分に供給し、ハンダ付部分がハンダの
融点以上、例えば、200〜230℃となるように設定
された高温雰囲気の炉内に部品を搭載したプリント基板
を通過させることにより、ハンダを溶融させてハンダ付
を行う方法が用いられている(以下リフローハンダ付と
いう)。従来の構成のコイン型(ボタン型)非水電解質
二次電池では、耐熱を考慮した材料が用いられていない
ため、リフローハンダ付時に電池としての機能が損なわ
れるという欠点があった。
イン型(ボタン型)非水電解質二次電池のほとんどは、
製造工程において何等かの形で負極正極の活物質にリチ
ウムを加える必要があったため、製造上、取扱いにくい
リチウムの金属を使わなければならなかった。また、製
造工程において何等かの形で負極正極の活物質にリチウ
ムを加えたものはリフローハンダ付けにおいて安定性を
欠いていた。
化物Li4Mn5O12を正極とし、リチウム−アルミ合金
を負極とするコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池
では、リフローハンダ付時、ほとんどの組み合わせの電
解液や耐熱性の電池部材において電解液とリチウム合金
が反応して、急激な膨らみや破裂が起こってしまう。ま
た、3V級のリチウム含有マンガン酸化物Li4Mn5O
12を正極とし、リチウムを接触または電気化学的にドー
プした炭素を負極とするコイン型(ボタン型)非水電解
質二次電池においても、電解液とリチウムがドープした
負極が反応して、急激な膨らみや破裂が起こってしま
う。
電解質二次電池では、電解液、セパレータ、ガスケット
ともリフロー温度に耐えうるものとなっていないため、
沸騰や溶解が起こってしまうという問題があった。さら
に、電解液、セパレータ、ガスケットともにリフロー温
度に耐えうるものを選択してもリフロー温度後の内部抵
抗が10倍近くまで増加したり、電池特性が損なわれる
問題があった。
のあるものに変更しただけでは、リフロー温度対応の電
池を作製することはできない。例えば、リフロー温度で
の破裂、膨らみといった問題を解決しても、電池特性が
著しく劣化するといったことが起こりやすかった。これ
は、物質的に安定と思われるものであっても組合わせに
おいて、最も安定となるような配慮、最も性能が引き出
せるような配慮がされていないためである。
題を解決するため、以下のような改善を実施することに
より、初めてリフローハンダ付け後も満足な特性を有す
る電池を提供できるようになった。 (1)耐熱性のある電極や部材を選定した。
LiNiO2またはLiMn2O4からなる正極活物質と
して用いた。 負極 アナタース型酸化チタン(TiO2)または、スピネル
構造を有するチタン酸リチウム、モリブデン酸化物、S
iO、炭素等が利用できる。予め負極にリチウムを電気
化学的にドープする場合は、リフロー温度での反応を低
減するため、ドープ量を通常温度で使用する場合の9割
以下とする必要がある。
に、電池の構成要素である電解液、セパレータ、ガスケ
ットにおいても耐熱性のあるものを用いた。2.5V〜
2.9Vの電池を構成する場合、負極としては、アナタ
ース型酸化チタン(TiO2)または、スピネル構造を
有するチタン酸リチウム、モリブデン酸化物等を電極と
して用いた。3.0V以上の電池を構成する場合、負極
としては、SiO、炭素等を電極として用いることがで
きる。
るLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4やアナター
ス型酸化チタン、スピネル型チタン酸リチウムは、リフ
ロー温度で急激な反応を起こしにくい。 (2)電極活物質をさらに熱的に安定なものとした。 電極活物質の安定性を種々の角度から検討したところ、
微粉を減らすことが最もリフロー温度で安定することが
わかった。 (3)電極の熱処理により電池特性の劣化を抑えた。
らなる電極を200℃〜450℃で熱処理して用いた。
これにより、活物質、有機バインダー、導電助材の熱的
に活性な部分(微粉、合成時の未反応部分等)を不活性
にし、電解液と電極の濡れ性を改善した。 (4)電解液の選択耐熱部材の選択において、最適な組
合わせを検討した。
フロー温度に耐えうるコイン型(ボタン型)非水電解質
二次電池を提供することができた。
は一方を200〜450℃で熱処理した電極と耐熱性の
ある電解液、セパレータ、ガスケットを用いている。正
極活物質としては、リフロー温度で安定で、しかも可逆
的にリチウムを出し入れできるものを選んだ。さらに、
リフロー温度で耐えうる電解液との組み合わせで特性を
損なわないものとすることが重要であった。
活性炭、チタン酸化物、リチウム含有チタン酸化物、モ
リブデン酸化物、マンガン酸化物、リチウム含有マンガ
ン酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有
ニッケル酸化物が正極活物質と電解液との組み合わせに
おいて良好であった。特に、移動可能なリチウムを含む
酸化物であるLiCoO2、LiNiO2またはLiMn
2O4を用いることにより、製造工程で活物質にリチウム
を加える必要がなく良好であった。 LiCoO2を正極
として用いると、初期の電圧は約3V/vsLiである
が、電圧をかけること(充電)によりリチウムが移動し
4V/vsLiとなる。移動したリチウムを吸蔵するよ
うに負極側にアナタース型酸化チタンやスピネル型チタ
ン酸リチウムを用いると電池電圧が3〜2V程度の電池
を作ることができる。
用いた電池は、200℃を越えるリフロー温度において
急激な反応が起こることが、われわれの実験により確認
できた。一方、リチウムを原料の合成段階で焼成等によ
り、予め含ませた酸化物であるLiCoO2、LiNi
O2またはLiMn2O4の正極とリチウム金属以外の負
極を用いた電池では、リフロー温度においても、電解液
と急激に反応しないことがわかった。
とが可能でLiCoxNiyO2の形にしてもよい、さら
に、コバルトまたはニッケルの一部をB、P、Siおよ
びMg等で置き換えることも可能である。一方、負極
は、組み合わせる正極によりそのまま用いたり、リチウ
ムをドープして用いることができる。
iCoO2、LiNiO2またはLiMn2O4との組合わ
せにおいては、アナタース型酸化チタン(TiO2)、
スピネル構造を有するチタン酸リチウム、モリブデン酸
化物等の負極にリチウムをドープせずそのまま用いるこ
とができる。負極にSnO、SiOを用いる場合は、充
放電時に充放電に関与しないリチウムが活物質に取り込
まれるため、予めその分のリチウムを負極に加えておく
必要がある。
O12、MnO2、MoO3等の正極を用いる場合は、予め
負極側にリチウムをドープしておく必要がある。ただ
し、通常の条件で、リチウムを接触または電気化学的に
ドープした炭素や酸化物を負極とすると電解液と負極が
200℃を越えるリフロー温度において急激な反応が起
こることが、われわれの実験により確認できた。そのた
め、リチウムを接触または電気化学的にドープした炭素
や酸化物を負極の場合、ドープするリチウム量を減し、
リフロー温度での反応を抑えることが必要である。ドー
プするリチウムの量は、常温で電池を使用する場合の9
割以下にしなければならない。
出可能なケイ素または錫の酸化物は公知であり、例えば
前者は特開平6−325765号公報、後者は特開平6
−275268号に記載されている。リフローハンダ付
け温度に耐え得るためには、リチウムの含有量を少なめ
にする必要がある。電極活物質中に含まれる微粉を極力
減らすことも重要である。アナタース型酸化チタンやス
ピネル型チタン酸リチウム、ケイ素酸化物、錫酸化物、
モリブデン酸化物、ニオブ酸化物の場合、平均粒径が5
μm以上で、5μm以下の粒径のものを50%以上含ま
ないことが好ましいことが実験によりわかった。LiC
oO 2、LiNiO2、Li4Ti5O12またはLiMn2
O4場合、平均粒径が5μm以上で、5μm以下の粒径
のものを50%以上含まないことが好ましいことが実験
によりわかった。より好ましくは、平均粒径が10μm
以上で、10μm以下の粒径のものを50%以上含まな
いことがよい。
下粒径のものを50%以上含む場合は、電解液と急激に
反応して電池が膨らんでしまう場合があった。ただし、
多少の微粉であれば、後に示す熱処理を行うことによ
り、電池への悪影響を減らすことができる。電極の熱処
理温度は、200〜450℃であることが望ましい。特
に250〜350℃の範囲が好ましい。200℃以下で
は、電池特性の向上がほとんど認められなかった。35
0℃以上では、電池特性の向上はあるものの有機バイン
ダーの分解が進みすぎ、電極自体の強度が落ち、形状を
保持することがかなり困難であった。
遠赤外線、電子線、低湿風を単独あるいは組み合わせて
用いることが好ましい。熱処理雰囲気は、大気、酸素、
真空、不活性雰囲気が電極の種類により用いられる。L
iMn2O4の場合は、大気または、酸素濃度の高い雰囲
気での熱処理の方が良好であった。ただし、大気また
は、酸素濃度の高い雰囲気での熱処理で温度を上げすぎ
ると、有機バインダーが燃焼したり、導電助材の酸化が
起こり電池特性が落ちる場合があるため注意しなければ
ならない。
ー、導電助材の熱的に活性な部分(微粉、合成時の未反
応部分等)が加熱により変化し、リフロー温度でも安定
になったことにあると推測できる。また、200℃以上
の加熱は有機物に大きな変化を与える。有機バインダー
は、熱処理により大きく電解液との濡れ性が向上する。
これは、200℃付近で分解が始まるため、有機バイン
ダーの表面の官能基等が改質されたか、有機バインダー
の一部が分解し多孔質になったためと考えられる。
理を事前に電極に対し施すことは、非常に有効である。
これは、リフロー温度で有機バインダーが分解等の反応
を起こしガス等が発生することを防ぐためである。あら
かじめ、リフロー温度以上の温度で電極を熱処理してお
けば、リフロー温度で起こる反応は事前に終結するた
め、ガス等が発生することはない。通常のリフロー温度
は220℃程度であるためそれ以上の温度で、リフロー
時間より長い時間熱処理をすれば問題ない。鉛を含まな
いハンダを用いた場合のリフローは通常より高温となる
ため、250℃程度の熱処理が必要となる。
解液は、前述したように、耐熱を有する非水溶媒の常圧
での沸点が200℃以上のものを用いなければならな
い。常圧での沸点が200℃以上の電解液で用いられる
プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネー
ト(EC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)は、沸点
の低いものに比べ粘性が高く、電極に染み込みにくい。
これらを用いた電解液を用いた場合、電池特性がよくな
いばかりか、製造工程においても電極に染み込ませるた
めの時間をかなり考慮しなければならない。しかし、本
発明のように予め、電極を200℃以上で熱処理してお
けば、電解液との濡れ性が大幅に改善し、電池特性も向
上する。
物としては、水分と、有機過酸化物(例えばグリコール
類、アルコール類、カルボン酸類)などが挙げられる。
前記各不純物は、黒鉛化物の表面に絶縁性の被膜を形成
し、電極の界面抵抗を増大させるものと考えられる。し
たがって、サイクル寿命や容量の低下に影響を与える恐
れがある。また高温(60℃以上)貯蔵時の自己放電も
増大する恐れがある。このようなことから、非水溶媒を
含む電解液においては前記不純物はできるだけ低減され
ることが好ましい。具体的には、水分は50ppm以
下、有機過酸化物は1000ppm以下であることが好
ましい。
系のものよりフッ素を含有する支持塩である六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(L
iBF4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(L
iCF3SO3)が、熱的にも電気特性的にも安定であっ
た。セパレーターとしては、大きなイオン透過度を持
ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の膜が用いられる。
耐有機溶剤性とリフロー温度での耐熱性が求められる。
ガラス繊維が最も安定して用いることができるが、熱変
形温度が230℃以上のポリフェニレンサルファイド、
ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリテトラフロロエチレンなどの樹脂を用いること
もできる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として
用いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10
μmが用いられる。セパレーターの厚みは、一般に電池
用の範囲で用いられる例えば、5〜300μmが用いら
れる。
の樹脂がポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリ
レート、ポリアミド、ポリイミドがリフロー温度での破
裂等がなく、しかもリフロー後の保存においてもガスケ
ットの変形による漏液などの問題がなかった。この樹脂
材料としては、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエ
ーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、
ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキ
サンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスル
ホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリアミド
イミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド46
樹脂から選ばれる少なくとも一種からなる樹脂が好まし
い。
添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微
粉末等を添加したものであっても、本実験と同様の効果
を発揮することが実験によって判明している。電極形状
は、電池の形状がコインやボタンの場合、正極活物質や
負極活物質の合剤をペレットの形状に圧縮し用いられ
る。また、薄型のコインやボタンのときは、シート状に
成形した電極を打ち抜いて用いてもよい。そのペレット
の厚みや直径は電池の大きさにより決められる。
などを添加することができる。導電剤の種類は特に限定
されず、金属粉末でもよいが、炭素系のものが特に好ま
しい。炭素材料はもっとも一般的で、天然黒鉛(鱗状黒
鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボン
ブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、フ
ァーネスブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等が
使われる。また、金属では、銅、ニッケル、銀等の金属
粉、金属繊維が用いられる。導電性高分子も使用され
る。
いる方法を用いることができるが、特に金型プレス法が
好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜
5ton/cm2が好ましい。プレス温度は、室温〜2
00℃が好ましい。炭素の添加量は、活物質の電気伝導
度、電極形状等により異なり特に限定されないが、負極
の場合1〜50重量%が好ましく、特に2〜40重量%
が好ましい。
の範囲、好ましくは0.5〜15μmの範囲、より好ま
しくは0.5〜6μmの範囲にすると活物質間の接触性
が良好になり、電子伝導のネットワーク形成が向上し、
電気化学的な反応に関与しない活物質が減少する。結着
剤は、電解液に不溶のものが好ましいが特に限定される
もではない。通常、ポリアクリル酸およびポリアクリル
酸中和物、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセ
ルロース、でんぷん、ヒドロキシプロピルセルロース、
再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルク
ロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー(EPD
M)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、
ポリブタジエン、フッ素樹脂、フッ素ゴム、ポリエチレ
ンオキシド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹
脂などの多糖類、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム弾
性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合物と
して用いられる。 結着剤の添加量は、特に限定されな
いが、1〜50重量%が好ましい。本発明では、ポリア
クリル酸を用いた電極を熱処理して用いた場合、他に比
較し、良好な結果を示した。
学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いるこ
とができる。本発明の場合、炭素、ガラスなどの繊維が
用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、
0〜30重量%が好ましい。電極活物質の集電体として
は、電気抵抗の小さい金属板が好まれる。例えば、正極
には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウ
ム、チタン、タングステン、金、白金、焼成炭素などの
他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、
ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いら
れる。ステンレス鋼は二相ステンレスが腐食に対して有
効である。コイン、ボタン電池の場合は電池の外部にな
る方にニッケルめっきすることが行われる。処理の方法
としては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、
圧着によるクラッド化、塗布等がある。
ケル、銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、
白金、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面に
カーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたも
の、Al−Cd合金などが用いられる。処理の方法とし
ては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着
によるクラッド化、塗布等がある。
り固定することも可能である。導電性接着剤としては、
溶剤に溶かした樹脂に炭素や金属の粉末や繊維を添加し
たものや導電性高分子を溶解したもの等が用いられる。
ペレット状の電極の場合は、集電体と電極ペレットの間
に導電性接着剤を塗布し電極を固定する。この場合の導
電性接着剤には熱硬化型の樹脂が含まれる場合が多い。
・負極缶の間にアスファルトピッチ、ブチルゴム、フッ
素系オイル、クロロスルホン化ポリエチレン、エポキシ
樹脂等の1種または混合物のシール剤が用いられる。シ
ール剤が透明の場合は着色して、塗布の有無を明確にす
ることも行われる。シール剤の塗布法としては、ガスケ
ットへのシール剤の注入、正・負極缶への塗布、ガスケ
ットのシール剤溶液へのディッピング等がある。
特に限定されないが、例えば、携帯電話、ページャー等
のバックアップ電源、発電機能を有する腕時計の電源等
がある。本発明の電池は除湿雰囲気または、不活性ガス
雰囲気で組み立てることが望ましい。また、組み立てる
部品も事前に乾燥することが好ましい。ペレットやシー
トおよびその他の部品の乾燥又は脱水方法としては、一
般に採用されている方法を利用することができる。特
に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風
を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温
度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜2
50℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で200
0ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質
ではそれぞれ50ppm以下にすることがサイクル性の
点で好ましい。
明する。
極、負極及び電解液を用いた。また、電池の大きさは外
径6.8mm、厚さ2.1mmであった。電池断面図を
図1に示した。 (実施例1〜6、比較例1)正極は次の様にして作製し
た。市販のLi0.36MnO2.43(P入り)を平均粒径が
20μmで、10μm以下の粒径のものを20%以上含
まないように粉砕整粒したものに導電剤としてグラファ
イトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比Li0.36
MnO2.43:グラファイト:ポリアクリル酸=88.
5:9:2.5の割合で混合して正極合剤とし、次にこ
の正極合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペ
レットに加圧成形した。その後、この様にして得られた
正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる
電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し一体化した
後、大気中で250℃で12時間熱処理をした。その後
150℃で8時間減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合して負極極合剤とし
た。合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレ
ットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にし
て得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとす
る導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極
ケース5に接着し一体化した後、150℃で8時間減圧
加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムホイル6
を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負
極ペレット積層電極とした。リチウムの量はSiOが1
molに対し3.6molとなる量を貼り付けた。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
(実施例1)、ポリエチレンテレフタレート(実施例
2)、ポリエーテルエーテルケトン(実施例3)、ポリ
アリレート(実施例4)、ポリアミド(実施例5)、ポ
リイミド(実施例6)、ポリプロピレン(比較例1)の樹
脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガラス
繊維不織布を用いた。
にして作製した。市販のLi0.36MnO2.43(P入り)
を平均粒径が20μmで、10μm以下の粒径のものを
20%以上含まないように粉砕整粒したものに導電剤と
してグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重
量比Li0.36MnO2.43:グラファイト:ポリアクリル
酸=88.5:9:2.5の割合で混合して正極合剤と
し、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径4.0
5mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にし
て得られた正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着
剤からなる電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し
一体化した後、大気中で250℃で12時間熱処理し
た。その後150℃で8時間減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合して負極極合剤とし
た。合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレ
ットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にし
て得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとす
る導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極
ケース5に接着し一体化した後、250℃で8時間減圧
加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムホイル6
を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負
極ペレット積層電極とした。リチウムの量はSiOが1
molに対し3.6molとなる量を貼り付けた。
1混合溶媒にLiBF4(実施例7)、LiPF6(実施
例8)、LiCF3SO3(実施例9)、LiClO
4(比較例2)を1mol/l溶解したものを用いた。
ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイドの樹脂で
作成されたものを用いた。
た。 (実施例10〜14)正極は次の様にして作製した。市
販のLi0.36MnO2.43(P入り)を平均粒径が20μ
mで、10μm以下の粒径のものを20%以上含まない
ように粉砕整粒したものに導電剤としてグラファイト
を、結着剤としてポリアクリル酸を重量比Li0.36Mn
O2.43:グラファイト:ポリアクリル酸=88.5:
9:2.5の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正
極合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレッ
トに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極
ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極
集電体2を用いて正極ケース3に接着し一体化した後、
大気中で250℃で12時間熱処理した。その後150
℃で8時間減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合して負極極合剤とし
た。合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレ
ットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にし
て得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとす
る導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極
ケース5に接着し一体化した後、150℃で8時間減圧
加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムホイル6
を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負
極ペレット積層電極とした。リチウムの量はSiOが1
molに対し3.6molとなる量を貼り付けた。
L(実施例11)、PC、ECの体積比1:1混合溶媒
(実施例12)、γ−BL、EC、DMEの体積比1:
1:1混合溶媒(実施例13)、γ−BL、EC、DE
Cの体積比1:1:1混合溶媒(実施例14)にLiB
F4を1mol/l溶解したものを用いた。ガスケット
8は、ポリフェニレンサルファイドの樹脂で作成された
ものを用いた。
た。 (実施例15〜16)正極は次の様にして作製した。市
販のLi0.36MnO2.43(P入り)平均粒径が20μm
で、10μm以下の粒径のものを20%以上含まないよ
うに粉砕整粒したものに導電剤としてグラファイトを、
結着剤としてポリアクリル酸を重量比Li0.36MnO
2.43:グラファイト:ポリアクリル酸=88.5:9:
2.5の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合
剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレットに
加圧成形した。その後、この様にして得られた正極ペレ
ット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電
体2を用いて正極ケース3に接着し一体化した後、大気
中で250℃で12時間熱処理した。その後150℃で
8時間減圧加熱乾燥した。
nOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比70.5:21.5:7の割合で混合して負極極合
剤とした。合剤を2ton/cm2で直径4.05mm
のペレットに加圧成形したものを用いた。その後、この
様にして得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラ
ーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用い
て負極ケース5に接着し一体化した後、250℃で12
時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウム
ホイル6を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチ
ウム−負極ペレット積層電極とした。リチウムの量はS
nOが1molに対し3.1molとなる量を貼り付け
た。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布(実施例15)、テフロンを素材とする
シート(実施例16)を用いた。
作製した。市販の活性炭に導電剤としてアセチレンブラ
ック、結着剤としてテフロンを重量比活性炭:アセチレ
ンブラック:テフロン=80:10:10の割合で混合
して厚さ0.8mmのシートを作製し、直径3.95m
mに打ち抜いた。その後、この様にして得られた正極ペ
レット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集
電体2を用いて正極ケース3に接着し一体化した後、2
50℃で12時間減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合(実施例17)、ま
たは市販のSnOを平均粒径が15μmで、5μm以下
の粒径のものを10%以上含まないように粉砕整粒した
ものを作用極の活物質として用いた。この活物質に導電
剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸
をそれぞれ重量比70.5:21.5:7の割合で混合
(実施例18)して負極極合剤とした。合剤を2ton
/cm2で直径4.05mmのペレットに加圧成形した
ものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレ
ット4を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤
からなる電極集電体2を用いて負極ケース5に接着し一
体化した後、大気中で250℃で12時間熱処理した。
その後150℃で8時間減圧加熱乾燥した。さらに、ペ
レット上にリチウムホイル6を直径4mmに打ち抜いた
ものを圧着し、リチウム−負極ペレット積層電極とし
た。リチウムの量はSiOが1molに対し3.6mo
l、SnOが1molに対し3.1molとなる量を貼
り付けた。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
作製した。市販のLiMn2O4(実施例19)、市販の
LiCoO2(実施例20)、市販のMnO2(実施例2
1)、市販のMoO3(実施例22)、焼成して作成し
たLiCo0.5Ni0.5O2(実施例23)、LiNiO2
(実施例24)、LiTiO2(実施例25)、Li
1.33Ti1.66O4(実施例26)、MoO2.71(実施例
27)、市販のNb2O5(実施例28)を平均粒径が1
5μmで、5μm以下の粒径のものを10%以上含まな
いように粉砕整粒したものに導電剤としてグラファイト
を、結着剤としてポリアクリル酸を重量比正極活物質:
グラファイト:ポリアクリル酸=88.5:9:2.5
の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤を2
ton/cm2で直径4.05mmのペレットに加圧成
形した。その後、この様にして得られた正極ペレット1
を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を
用いて正極ケース3に接着し一体化した後、LiMn2
O4、LiCoO2、 LiCo0.5Ni0.5O2、 LiN
iO2、MnO2、MoO3、MoO2.71、Nb2O5は大
気中で、LiTiO2とLi1.33Ti1.66O4は減圧中で
350℃で7時間熱処理した。その後150℃で8時間
減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合して負極極合剤とし
た。合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレ
ットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にし
て得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとす
る導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極
ケース5に接着し一体化した後、150℃で8時間減圧
加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムホイル6
を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負
極ペレット積層電極とした。
24の場合、SiOが1molに対し2.0molとな
る量を貼り付け、実施例21、22、25、26、2
7、28の場合、SiOが1molに対し3.6mol
となる量を貼り付けた。電解液7は、γ−BL、ECの
体積比1:1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解
したものを用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサ
ルファイドの樹脂で作成されたものを用いた。
た。 (実施例29〜32)正極は次の様にして作製した。市
販のLiMn2O4(実施例29)、市販のLiCoO2
(実施例30)、焼成して作成したLiCo0.5Ni0.5
O2(実施例31)、LiNiO2(実施例32)を平均
粒径が15μmで、5μm以下の粒径のものを10%以
上含まないように粉砕整粒したものに導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比、正
極活物質:グラファイト:ポリアクリル酸=88.5:
9:2.5の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正
極合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレッ
トに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極
ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極
集電体2を用いて正極ケース3に接着し一体化した後、
LiMn2O4、LiCoO2、 LiCo0.5Ni
0.5O2、 LiNiO2は大気中で250℃で7時間熱処
理した。その後150℃で8時間減圧加熱乾燥した。
iO2を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、
結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比88.
5:9:2.5の割合で混合して負極極合剤とした。合
剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレットに
加圧成形したものを用いた。その後、この様にして得ら
れた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとする導電
性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース
5に接着し一体化した後、250℃で7時間減圧加熱乾
燥した。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
作製した。市販のLiMn2O4(実施例33)、市販の
LiCoO2(実施例34)、焼成して作成したLiC
o0.5Ni0.5O2(実施例35)、LiNiO2(実施例
36)を平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のも
のを10%以上含まないように粉砕整粒したものに導電
剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸
を重量比、正極活物質:グラファイト:ポリアクリル酸
=88.5:9:2.5の割合で混合して正極合剤と
し、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径4.0
5mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にし
て得られた正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着
剤からなる電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し
一体化した後、LiMn2O4、LiCoO2、LiCo
0.5Ni0.5O2、 LiNiO2は大気中で250℃で7
時間熱処理した。その後150℃で8時間減圧加熱乾燥
した。
oO2を平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のも
のを10%以上含まないように粉砕整粒したものに導電
剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸
をそれぞれ重量比88.5:9:2.5の割合で混合し
て負極極合剤とした。合剤を2ton/cm2で直径
4.05mmのペレットに加圧成形したものを用いた。
その後、この様にして得られた負極ペレット4を炭素を
導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集
電体2を用いて負極ケース5に接着し一体化した後、減
圧中で250℃で8時間加熱乾燥した。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
作製した。市販のLiMn2O4(実施例37)、市販の
LiCoO2(実施例38)、焼成して作成したLiC
o0.5Ni0.5O2(実施例39)、LiNiO2(実施例
40)を平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のも
のを10%以上含まないように粉砕整粒したものに導電
剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸
を重量比、正極活物質:グラファイト:ポリアクリル酸
=88.5:9:2.5の割合で混合して正極合剤と
し、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径4.0
5mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にし
て得られた正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着
剤からなる電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し
一体化した後、LiMn2O4、LiCoO2、LiCo
0.5Ni0.5O2、 LiNiO2は大気中で250℃、7
時間熱処理した。その後150℃で8時間減圧加熱乾燥
した。
作製したMoO2.71を平均粒径が15μmで、5μm以
下の粒径のものを10%以上含まないように粉砕整粒し
たものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポ
リアクリル酸をそれぞれ重量比88.5:9:2.5の
割合で混合して負極極合剤とした。合剤を2ton/c
m2で直径4.05mmのペレットに加圧成形したもの
を用いた。その後、この様にして得られた負極ペレット
4を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤から
なる電極集電体2を用いて負極ケース5に接着し一体化
した後、減圧中で250℃、7時間加熱乾燥した。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
作製した。市販のLiMn2O4(実施例37)、市販の
LiCoO2(実施例38)、焼成して作成したLiC
o0.5Ni0.5O2(実施例39)、LiNiO2(実施例
40)を平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のも
のを10%以上含まないように粉砕整粒したものに導電
剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸
を重量比、正極活物質:グラファイト:ポリアクリル酸
=88.5:9:2.5の割合で混合して正極合剤と
し、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径4.0
5mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にし
て得られた正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着
剤からなる電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し
一体化した後、LiMn2O4、LiCoO2、LiCo
0.5Ni0.5O2、 LiNiO2は大気中で250℃で7
時間熱処理した。その後150℃で8時間減圧加熱乾燥
した。
作製したLi4Ti5O12を平均粒径が15μmで、5μ
m以下の粒径のものを10%以上含まないように粉砕整
粒したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤とし
てポリアクリル酸をそれぞれ重量比88.5:9:2.
5の割合で混合して負極極合剤とした。合剤を2ton
/cm2で直径4.05mmのペレットに加圧成形した
ものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレ
ット4を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤
からなる電極集電体2を用いて負極ケース5に接着し一
体化した後、減圧中で250℃で7時間加熱乾燥した。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
た。 市販のLi0.36MnO2.43(P入り)を平均粒径
が20μmで、10μm以下の粒径のものを20%以上
含まないように粉砕整粒したものに導電剤としてグラフ
ァイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比Li
0.36MnO2.43:グラファイト:ポリアクリル酸=8
8.5:9:2.5の割合で混合して正極合剤とし、次
にこの正極合剤を2ton/cm2で直径4.05mm
のペレットに加圧成形した。その後、この様にして得ら
れた正極ペレット1を炭素を含む導電性樹脂接着剤から
なる電極集電体2を用いて正極ケース3に接着し一体化
した後、150℃で8時間減圧加熱乾燥した。
iOを平均粒径が15μmで、5μm以下の粒径のもの
を10%以上含まないように粉砕整粒したものを作用極
の活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラ
ファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重
量比45:40:15の割合で混合して負極極合剤とし
た。合剤を2ton/cm2で直径4.05mmのペレ
ットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にし
て得られた負極ペレット4を炭素を導電性フィラーとす
る導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極
ケース5に接着し一体化した後、150℃で8時間減圧
加熱乾燥した。さらに、ペレット上にリチウムホイル6
を直径4mmに打ち抜いたものを圧着し、リチウム−負
極ペレット積層電極とした。
1混合溶媒にLiBF4を1mol/l溶解したものを
用いた。ガスケット8は、ポリフェニレンサルファイド
の樹脂で作成されたものを用いた。セパレータ9は、ガ
ラス繊維不織布を用いた。
表面が図2に示す温度推移となるようなリフローハンダ
付を行なった時の交流内部抵抗(1kHz、1mA)の
変化を表1及び表2に示す。
を比較する。本発明品はリフローハンダ付において短絡
することがなく、内部抵抗の変化も3倍以内におさえら
れ電池性能が損なわれず耐熱性が改善されてリフローハ
ンダ付が可能となる。
温度での反応性の少ない溶媒と電解質の組合わせを考慮
し構成すること、電極活物質材料をリフロー温度で反応
性を抑えるようにしたこと(材料の選択、微粉を少なく
すること、リチウムドープ量の調整)、および組立の前
に電極の熱処理を行うこと、熱処理で特性の改善される
有機バインダーとすること、耐熱セパレータ、ガスケッ
トにすること等を種々の検討の中から見出し、これらの
技術をバランスよく組み合わせることによりにより飛躍
的にリフロー温度での安定性を向上することができた。
抵抗の増加が少なく電池性能を損なわないコイン型(ボ
タン型)非水電解質二次電池を提供することができる。
示す図である。
を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 電極活物質と導電助材と有機バインダー
からなる正極および負極、非水溶媒と支持塩からなる耐
熱電解液、耐熱セパレータ、耐熱ガスケット等の部材か
らなる非水電解質電池において、正極、負極の両方又は
一方を200℃〜450℃で熱処理して用いたことを特
徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 前記正極が正極活物質として、活性炭を
用い、前記負極が負極活物質として、リチウムイオンを
吸蔵放出可能なケイ素の酸化物または錫の酸化物を用い
たことを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電
池。 - 【請求項3】 前記正極が正極活物質として、LiCo
O2、LiNiO2またはLiMn2O4を用い、前記負極
が負極活物質として、アナタース型構造を有するチタン
酸化物またはスピネル構造を有するチタン酸リチウムを
用いたことを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次
電池。 - 【請求項4】 前記正極または負極に用いられる活物質
の平均粒径が5μm以上で、5μm以下の粒径のものを
50%以上含まない、かつ前記耐熱電解液に用いられる
前記非水溶媒の常圧での沸点が200℃以上であり、か
つ前記支持塩がフッ素を含有し、かつ前記耐熱セパレー
タがガラス繊維または熱変形温度230℃以上の樹脂か
らなり、かつ前記耐熱ガスケットが熱変形温度230℃
以上の樹脂からな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。 - 【請求項5】 前記有機バインダーがポリアクリル酸か
らなり、かつ前記常圧での沸点が200℃以上の非水溶
媒が、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカー
ボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)か
ら選ばれる単独または複合物であり、かつ前記支持塩
が、六フッ化リン酸リチウム(LiPF 6)、ホウフッ
化リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン
酸リチウム(LiCF3SO3)から選ばれる単独または
複合物であり、かつ前記熱変形温度が230℃以上の樹
脂がポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレー
ト、ポリアミド、ポリイミドらから選ばれる単独または
複合物であ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。 - 【請求項6】 前記正極、負極の両方又は一方を200
℃〜450℃で熱処理する雰囲気を大気中または真空中
で行うことを特徴とする請求項1記載の非水電解質二次
電池。
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JP11-254920 | 1999-09-08 | ||
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