JP2001202966A - 非水電解質電池 - Google Patents
非水電解質電池Info
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- JP2001202966A JP2001202966A JP2000013669A JP2000013669A JP2001202966A JP 2001202966 A JP2001202966 A JP 2001202966A JP 2000013669 A JP2000013669 A JP 2000013669A JP 2000013669 A JP2000013669 A JP 2000013669A JP 2001202966 A JP2001202966 A JP 2001202966A
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- JP
- Japan
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- polymer particles
- electrode
- battery
- polymer
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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】高温での寿命特性の優れた非水電解質電池を得
る。 【解決手段】非水電解質電池において、正極または負極
の少なくとも一方の孔にポリマー粒子を備えさせる。
る。 【解決手段】非水電解質電池において、正極または負極
の少なくとも一方の孔にポリマー粒子を備えさせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質電池に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯用電子機器の発展はめざまし
く、その電源に使用される電池の高性能化が早急に求め
られている。その要求を満たす電池の一つとして、金属
の中で最も卑な電位を示し、かつ比重も小さいリチウム
を負極活物質として用いたリチウム二次電池が期待され
たが、充放電サイクルを繰り返すと、リチウムのデント
ライトが析出するため、十分なサイクル寿命が得られな
いだけでなく、それが内部短絡の原因となることから、
安全性に問題があった。
く、その電源に使用される電池の高性能化が早急に求め
られている。その要求を満たす電池の一つとして、金属
の中で最も卑な電位を示し、かつ比重も小さいリチウム
を負極活物質として用いたリチウム二次電池が期待され
たが、充放電サイクルを繰り返すと、リチウムのデント
ライトが析出するため、十分なサイクル寿命が得られな
いだけでなく、それが内部短絡の原因となることから、
安全性に問題があった。
【０００３】そのため、負極活物質として、リチウムの
デンドライトが析出しにくいグラファイトやカーボン等
の炭素系材料を使用し、正極活物質として、コバルト酸
リチウムやニッケル酸リチウムを使用したリチウムイオ
ン二次電池が考案され、高エネルギー密度電池として用
いられている。
デンドライトが析出しにくいグラファイトやカーボン等
の炭素系材料を使用し、正極活物質として、コバルト酸
リチウムやニッケル酸リチウムを使用したリチウムイオ
ン二次電池が考案され、高エネルギー密度電池として用
いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン二次電
池等の非水電解質電池では、充放電反応において電極反
応に関与するリチウムイオンの大部分が、電解液に溶解
しているリチウムイオンではなく、電極の活物質から放
出するリチウムイオンが電解液中を移動して対極に到達
するものである。
池等の非水電解質電池では、充放電反応において電極反
応に関与するリチウムイオンの大部分が、電解液に溶解
しているリチウムイオンではなく、電極の活物質から放
出するリチウムイオンが電解液中を移動して対極に到達
するものである。
【０００５】したがって、前記リチウムイオン二次電池
等の非水電解質電池の寿命試験を実施した場合、寿命試
験初期には、活物質粒子間やセパレータの空孔の大部分
に電解液が保持されているため、問題なく充放電が繰り
返されるが、寿命試験末期には、極板が膨張するため、
極板内の電解液が不足がちになり、充放電性能が悪化す
るという問題があった。
等の非水電解質電池の寿命試験を実施した場合、寿命試
験初期には、活物質粒子間やセパレータの空孔の大部分
に電解液が保持されているため、問題なく充放電が繰り
返されるが、寿命試験末期には、極板が膨張するため、
極板内の電解液が不足がちになり、充放電性能が悪化す
るという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、下記発明によっ
て上記課題を解決するものである。
て上記課題を解決するものである。
【０００７】本発明は、正極または負極の少なくとも一
方の孔にポリマー粒子を備えたことを特徴とする非水電
解質電池であり、前記ポリマー粒子間に形成された細孔
中に毛管現象によって電解液を保持させることによっ
て、寿命試験末期の極板の膨張による極板内での電解液
の不足が生じなくなり、優れた寿命特性をもつ非水電解
質電池となる。
方の孔にポリマー粒子を備えたことを特徴とする非水電
解質電池であり、前記ポリマー粒子間に形成された細孔
中に毛管現象によって電解液を保持させることによっ
て、寿命試験末期の極板の膨張による極板内での電解液
の不足が生じなくなり、優れた寿命特性をもつ非水電解
質電池となる。
【０００８】また、前記ポリマー粒子に孔を形成するこ
とによって、その孔中にも電解液が保持され、かつその
孔に存在する電解質中もリチウムイオンが拡散でき、電
流分布が均一となるため、寿命特性が向上する。
とによって、その孔中にも電解液が保持され、かつその
孔に存在する電解質中もリチウムイオンが拡散でき、電
流分布が均一となるため、寿命特性が向上する。
【０００９】さらに、前記ポリマー粒子をイオン伝導性
とすることによって、正・負極間の電流分布が均一とな
るため、さらにポリマー粒子が電解液で湿潤または膨潤
することによって、イオン伝導性のポリマー粒子となる
場合には、ポリマー粒子の電解液の保持性も良好となる
ため寿命特性が向上する。
とすることによって、正・負極間の電流分布が均一とな
るため、さらにポリマー粒子が電解液で湿潤または膨潤
することによって、イオン伝導性のポリマー粒子となる
場合には、ポリマー粒子の電解液の保持性も良好となる
ため寿命特性が向上する。
【００１０】また本発明は、ポリマー粒子の形状が球形
であることを特徴とし、ポリマー粒子の粒径が０．００
５μｍ〜５０μｍの範囲にあることを特徴とする。
であることを特徴とし、ポリマー粒子の粒径が０．００
５μｍ〜５０μｍの範囲にあることを特徴とする。
【００１１】さらに本発明は、ポリマー粒子の粒径が活
物質粒子の粒径の１／３以下であることを特徴とする。
物質粒子の粒径の１／３以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明では、正極または負極の少
なくとも一方の孔にポリマー粒子を備えさせることによ
って、前記ポリマー粒子間に形成された細孔中に毛管現
象によって電解液を保持させることができるため、寿命
試験末期の極板の膨張による極板内での電解液の不足が
生じなくなり、優れた寿命特性をもつ非水電解質電池と
なる。
なくとも一方の孔にポリマー粒子を備えさせることによ
って、前記ポリマー粒子間に形成された細孔中に毛管現
象によって電解液を保持させることができるため、寿命
試験末期の極板の膨張による極板内での電解液の不足が
生じなくなり、優れた寿命特性をもつ非水電解質電池と
なる。
【００１３】本発明において、電極にポリマー粒子を備
えさせる方法としては、ポリマー粒子と活物質を含む電
極材料との混合物を集電体に塗布する方法、ポリマー粒
子を表面の少なくとも一部に備えた活物質を集電体に塗
布する方法、ポリマー粒子を含む混合液に電極を浸漬す
る方法等がある。
えさせる方法としては、ポリマー粒子と活物質を含む電
極材料との混合物を集電体に塗布する方法、ポリマー粒
子を表面の少なくとも一部に備えた活物質を集電体に塗
布する方法、ポリマー粒子を含む混合液に電極を浸漬す
る方法等がある。
【００１４】本発明において、ポリマー粒子を電極の孔
に備えた電極は、ポリマーの融点をＴｍ℃とした場合、
Ｔｍ℃以下で乾燥することが好ましい。
に備えた電極は、ポリマーの融点をＴｍ℃とした場合、
Ｔｍ℃以下で乾燥することが好ましい。
【００１５】本発明においては、ポリマー粒子の融点を
８０〜２００℃とすることが好ましい。これによって、
短絡等によって大電流が生じた場合であっても、電池の
温度上昇によって、ポリマー粒子が溶融し、ポリマー粒
子間の孔が閉塞することによって、電流が流れにくくな
り、電池の温度上昇が抑制できるため、電池の安全性が
向上する。
８０〜２００℃とすることが好ましい。これによって、
短絡等によって大電流が生じた場合であっても、電池の
温度上昇によって、ポリマー粒子が溶融し、ポリマー粒
子間の孔が閉塞することによって、電流が流れにくくな
り、電池の温度上昇が抑制できるため、電池の安全性が
向上する。
【００１６】本発明で使用するポリマー粒子の形状は球
形であることが望ましい。なおここで球形とは、完全な
球形はもちろん、完全な球形から少しずれた球形に近い
形状のものも含むこととする。
形であることが望ましい。なおここで球形とは、完全な
球形はもちろん、完全な球形から少しずれた球形に近い
形状のものも含むこととする。
【００１７】本発明においては、ポリマー粒子間に形成
された細孔中に電解液を保持させて、良好な寿命特性を
得るためには、電極の孔に備えられたポリマー粒子の重
量％を、０．１重量％＜（ポリマー粒子／（ポリマー粒
子＋活物質））×１００重量％＜５０重量％とすること
が望ましい。
された細孔中に電解液を保持させて、良好な寿命特性を
得るためには、電極の孔に備えられたポリマー粒子の重
量％を、０．１重量％＜（ポリマー粒子／（ポリマー粒
子＋活物質））×１００重量％＜５０重量％とすること
が望ましい。
【００１８】本発明においては、ポリマー粒子の粒径を
０．００５μｍ〜５０μｍとすることによって、リチウ
ムイオンが円滑に拡散できる孔を、ポリマー粒子間に形
成することができ、さらに前記の孔に電解液が保持され
るため、優れた寿命特性を示す。また、ポリマー粒子間
に形成される孔を大きくすることによって、高率放電性
能が優れたリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池
を製作するためには、ポリマー粒子の粒径を０．５μｍ
以上とすることが好ましい。また、電極孔中のポリマー
粒子の粒径を、活物質粒子の粒径の１／３以下とするこ
とによって、電極中でのポリマー粒子の分布が均一とな
るため、より充放電特性の優れた電池が製作できる。具
体的には、８μｍ以下であることが望ましい。
０．００５μｍ〜５０μｍとすることによって、リチウ
ムイオンが円滑に拡散できる孔を、ポリマー粒子間に形
成することができ、さらに前記の孔に電解液が保持され
るため、優れた寿命特性を示す。また、ポリマー粒子間
に形成される孔を大きくすることによって、高率放電性
能が優れたリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池
を製作するためには、ポリマー粒子の粒径を０．５μｍ
以上とすることが好ましい。また、電極孔中のポリマー
粒子の粒径を、活物質粒子の粒径の１／３以下とするこ
とによって、電極中でのポリマー粒子の分布が均一とな
るため、より充放電特性の優れた電池が製作できる。具
体的には、８μｍ以下であることが望ましい。
【００１９】また、本発明においては、正極または負極
の少なくとも一方の電極表面にポリマー粒子を備えさせ
てもよい。
の少なくとも一方の電極表面にポリマー粒子を備えさせ
てもよい。
【００２０】本発明において、ポリマー粒子を電極孔中
に備えさせる工程は、電極をプレスする前に実施して
も、電極をプレスした後に実施しても良い。電極孔中に
ポリマー粒子を備えた電極をプレスした場合でも、ポリ
マー粒子間に、リチウムイオンが拡散できる孔が存在
し、電解液の保持性は維持されるため、寿命特性は向上
する。
に備えさせる工程は、電極をプレスする前に実施して
も、電極をプレスした後に実施しても良い。電極孔中に
ポリマー粒子を備えた電極をプレスした場合でも、ポリ
マー粒子間に、リチウムイオンが拡散できる孔が存在
し、電解液の保持性は維持されるため、寿命特性は向上
する。
【００２１】本発明において、ポリマー粒子の集合体の
多孔度、空孔の大きさおよび孔構造を制御する方法は、
ポリマー粒子の粒径または粒子形状を変化させる方法、
粒径または粒子形状の異なるポリマー粒子を混合する方
法、または、ポリマー粒子の集合体を、プレス、延伸ま
たは熱処理する方法等がある。さらに、これらの方法を
組み合わせた方法でも良い。
多孔度、空孔の大きさおよび孔構造を制御する方法は、
ポリマー粒子の粒径または粒子形状を変化させる方法、
粒径または粒子形状の異なるポリマー粒子を混合する方
法、または、ポリマー粒子の集合体を、プレス、延伸ま
たは熱処理する方法等がある。さらに、これらの方法を
組み合わせた方法でも良い。
【００２２】本発明において、電極孔中にポリマー粒子
を均一に備えさせる方法として、ポリマー粒子またはポ
リマー粒子分散液または／および電極を振動させる方法
等がある。
を均一に備えさせる方法として、ポリマー粒子またはポ
リマー粒子分散液または／および電極を振動させる方法
等がある。
【００２３】さらに、本発明においては、ポリマー粒子
をイオン伝導性とすることによって、正・負極間の電流
分布が均一となる。さらにポリマー粒子が電解液で湿潤
または膨潤することによって、イオン伝導性のポリマー
粒子となる場合には、ポリマー粒子の電解液の保持性も
良好となるため、さらに寿命特性が向上する。
をイオン伝導性とすることによって、正・負極間の電流
分布が均一となる。さらにポリマー粒子が電解液で湿潤
または膨潤することによって、イオン伝導性のポリマー
粒子となる場合には、ポリマー粒子の電解液の保持性も
良好となるため、さらに寿命特性が向上する。
【００２４】本発明では、ポリマー粒子を電解液で湿潤
または膨潤させるためには、電池を加温することが望ま
しく、加温温度は４０〜８０℃とすることが望ましい。
また、本発明では、ポリマー粒子の電解液の保持性を向
上させるために、ポリマー粒子中のポリマーを架橋する
ことが望ましい。
または膨潤させるためには、電池を加温することが望ま
しく、加温温度は４０〜８０℃とすることが望ましい。
また、本発明では、ポリマー粒子の電解液の保持性を向
上させるために、ポリマー粒子中のポリマーを架橋する
ことが望ましい。
【００２５】本発明においては、ポリマー粒子に孔を開
けることによって、その孔中にも電解液が保持されるた
め、かつその孔に存在する電解質中もリチウムイオンが
拡散でき、電流分布が均一となるため、寿命特性が向上
する。
けることによって、その孔中にも電解液が保持されるた
め、かつその孔に存在する電解質中もリチウムイオンが
拡散でき、電流分布が均一となるため、寿命特性が向上
する。
【００２６】本発明において、ポリマー粒子に孔を開け
る方法の一例としては、溶媒抽出法を用いる。溶媒抽出
法においては２種類の溶媒ａと溶媒ｂを使用する。溶媒
ａはポリマーを溶解する溶媒である。溶液ａ'は、溶媒
ａとポリマーとを含むものである。溶媒ｂは、溶液ａ'
から溶媒ａを抽出する抽出用溶媒である。したがって、
ポリマーを溶解した溶液ａ'を、スプレー等を使用して
粒子状にして、前記粒子状のポリマー溶液を、ポリマー
が非相溶性であり、溶媒ａと相溶性のある溶媒ｂ中に浸
漬することによって、ポリマー溶液ａ'の溶媒ａを抽出
し、ポリマーの溶媒ａが除去された部分が孔となって、
有孔性ポリマー粒子を得るものである。
る方法の一例としては、溶媒抽出法を用いる。溶媒抽出
法においては２種類の溶媒ａと溶媒ｂを使用する。溶媒
ａはポリマーを溶解する溶媒である。溶液ａ'は、溶媒
ａとポリマーとを含むものである。溶媒ｂは、溶液ａ'
から溶媒ａを抽出する抽出用溶媒である。したがって、
ポリマーを溶解した溶液ａ'を、スプレー等を使用して
粒子状にして、前記粒子状のポリマー溶液を、ポリマー
が非相溶性であり、溶媒ａと相溶性のある溶媒ｂ中に浸
漬することによって、ポリマー溶液ａ'の溶媒ａを抽出
し、ポリマーの溶媒ａが除去された部分が孔となって、
有孔性ポリマー粒子を得るものである。
【００２７】本発明において、孔を有するポリマー粒子
は、連通孔を含むことが望ましい。
は、連通孔を含むことが望ましい。
【００２８】本発明では、電極孔中のポリマー粒子の集
合体からなるポリマー粒子層の多孔度を１０％〜９０％
とすることで、ポリマー粒子間の孔中に存在する電解液
中をリチウムイオンが円滑に拡散でき、さらに電解液が
保持できるため、寿命性能の優れたリチウムイオン二次
電池等の非水電解質電池が製作できる。さらに、ポリマ
ー粒子間の細孔中に電解液を保持させて、寿命性能を向
上させるためには、電極孔中のポリマー粒子の集合体か
らなるポリマー粒子層の多孔度を３０％〜７０％とする
ことが望ましい。
合体からなるポリマー粒子層の多孔度を１０％〜９０％
とすることで、ポリマー粒子間の孔中に存在する電解液
中をリチウムイオンが円滑に拡散でき、さらに電解液が
保持できるため、寿命性能の優れたリチウムイオン二次
電池等の非水電解質電池が製作できる。さらに、ポリマ
ー粒子間の細孔中に電解液を保持させて、寿命性能を向
上させるためには、電極孔中のポリマー粒子の集合体か
らなるポリマー粒子層の多孔度を３０％〜７０％とする
ことが望ましい。
【００２９】さらに、本発明による非水電解質電池にお
いては、電極の電解液保持性が良好となるため、電解液
量が正極と負極とセパレータとの孔体積の２０％以上１
００％以下とした場合でも、寿命性能が良好となる。
いては、電極の電解液保持性が良好となるため、電解液
量が正極と負極とセパレータとの孔体積の２０％以上１
００％以下とした場合でも、寿命性能が良好となる。
【００３０】本発明において、ポリマー粒子としては、
充放電による活物質の体積膨張収縮に追随した形状変化
の可能な柔軟性を有するものが好ましく、さらに、ポリ
マー粒子が電解液で湿潤または膨潤するリチウムイオン
伝導性ポリマーを用いることが好ましい。具体的には、
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポ
リエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、ポリアクリ
ロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポ
リビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビ
ニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレ
ンアジパミド、ポリカプロラクタム、ポリウレタン、ポ
リエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポ
リイソプレンおよびこれらの誘導体を、単独であるいは
混合して用いることができる。また、上記ポリマーを構
成する各種モノマーを含むポリマーを用いてもよい。具
体的には、ビニリデンフルオライド／ヘキサフルオロプ
ロピレンコポリマー（Ｐ（ＶｄＦ／ＨＦＰ））などを用
いることもできる。
充放電による活物質の体積膨張収縮に追随した形状変化
の可能な柔軟性を有するものが好ましく、さらに、ポリ
マー粒子が電解液で湿潤または膨潤するリチウムイオン
伝導性ポリマーを用いることが好ましい。具体的には、
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポ
リエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、ポリアクリ
ロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポ
リビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビ
ニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレ
ンアジパミド、ポリカプロラクタム、ポリウレタン、ポ
リエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポ
リイソプレンおよびこれらの誘導体を、単独であるいは
混合して用いることができる。また、上記ポリマーを構
成する各種モノマーを含むポリマーを用いてもよい。具
体的には、ビニリデンフルオライド／ヘキサフルオロプ
ロピレンコポリマー（Ｐ（ＶｄＦ／ＨＦＰ））などを用
いることもできる。
【００３１】有孔性ポリマー粒子を製作するときに使用
する溶媒ａとしては、ポリマーを溶解するものであれば
よく、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、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などの
炭酸エステル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、
エチルメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエー
テル、ジメチルアセトアミド、１−メチル−ピロリジノ
ン、ｎ−メチル−２−ピロリドンなどが挙げられる。ま
た、ポリマー溶液中の溶媒ａを抽出する溶媒ｂとして
は、溶媒ａと相溶性があればなんでもよく、例えば水、
アルコール、アセトンなどが挙げられ、あるいはこれら
の混合溶液を使用してもよい。
する溶媒ａとしては、ポリマーを溶解するものであれば
よく、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、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などの
炭酸エステル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、
エチルメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエー
テル、ジメチルアセトアミド、１−メチル−ピロリジノ
ン、ｎ−メチル−２−ピロリドンなどが挙げられる。ま
た、ポリマー溶液中の溶媒ａを抽出する溶媒ｂとして
は、溶媒ａと相溶性があればなんでもよく、例えば水、
アルコール、アセトンなどが挙げられ、あるいはこれら
の混合溶液を使用してもよい。
【００３２】本発明に用いられる正極活物質としては、
リチウムを吸蔵放出可能な化合物であればなんでもよ
く、無機化合物としては、組成式ＬｉxＭＯ2、またはＬ
ｉyＭ2Ｏ4（ただし、Ｍは遷移金属、０≦x≦１、０≦y
≦２）で表される複合酸化物、トンネル状の孔を有する
酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることが
できる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉ
Ｏ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、Ｌｉ 2Ｍｎ2Ｏ4、ＭｎＯ2、Ｆｅ
Ｏ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＴｉＯ2、ＴｉＳ2などが挙げら
れる。また、遷移金属Ｍの一部を他の元素で置換した無
機化合物を用いてもよく、たとえば、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ
0.20Ｏ2、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ0.17Ａｌ0.03Ｏ2などが挙げ
られる。また、有機化合物としては、例えばポリアニリ
ンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。さらに、無
機化合物、有機化合物を問わず、上記各種活物質を混合
して用いてもよい。
リチウムを吸蔵放出可能な化合物であればなんでもよ
く、無機化合物としては、組成式ＬｉxＭＯ2、またはＬ
ｉyＭ2Ｏ4（ただし、Ｍは遷移金属、０≦x≦１、０≦y
≦２）で表される複合酸化物、トンネル状の孔を有する
酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることが
できる。その具体例としては、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉ
Ｏ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、Ｌｉ 2Ｍｎ2Ｏ4、ＭｎＯ2、Ｆｅ
Ｏ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＴｉＯ2、ＴｉＳ2などが挙げら
れる。また、遷移金属Ｍの一部を他の元素で置換した無
機化合物を用いてもよく、たとえば、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ
0.20Ｏ2、ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ0.17Ａｌ0.03Ｏ2などが挙げ
られる。また、有機化合物としては、例えばポリアニリ
ンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。さらに、無
機化合物、有機化合物を問わず、上記各種活物質を混合
して用いてもよい。
【００３３】本発明に使用する負極活物質としては、例
えばＡｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄなどとリチウ
ムの合金、ＬｉＦｅ2Ｏ3などの遷移金属複合酸化物、Ｗ
Ｏ2、ＭｏＯ2などの遷移金属酸化物、グラファイト、カ
ーボンなどの炭素質材料、Ｌｉ3-xＭxＮ（ただし、Ｍは
遷移金属、０≦x≦０．８）などの窒化リチウム、もし
くは金属リチウムが挙げられ、またこれらの混合物を用
いてもよい。さらに、炭素質材料としては、コークス、
メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、メソフェー
ズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などの易
黒鉛化性炭素、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニ
トリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコー
ル樹脂焼成体などの難黒鉛化性炭素、天然黒鉛、人造黒
鉛、黒鉛化ＭＣＭＢ、黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素
繊維、黒鉛ウイスカーなどの黒鉛質材料、またはこれら
の混合物がある。
えばＡｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄなどとリチウ
ムの合金、ＬｉＦｅ2Ｏ3などの遷移金属複合酸化物、Ｗ
Ｏ2、ＭｏＯ2などの遷移金属酸化物、グラファイト、カ
ーボンなどの炭素質材料、Ｌｉ3-xＭxＮ（ただし、Ｍは
遷移金属、０≦x≦０．８）などの窒化リチウム、もし
くは金属リチウムが挙げられ、またこれらの混合物を用
いてもよい。さらに、炭素質材料としては、コークス、
メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、メソフェー
ズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などの易
黒鉛化性炭素、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニ
トリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコー
ル樹脂焼成体などの難黒鉛化性炭素、天然黒鉛、人造黒
鉛、黒鉛化ＭＣＭＢ、黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素
繊維、黒鉛ウイスカーなどの黒鉛質材料、またはこれら
の混合物がある。
【００３４】さらに、電解液としては、エチレンカーボ
ネート、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、γ−ブチロラクトン、
スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、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、ジオ
キソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、もしくは
これらの混合物を使用してもよい。
ネート、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、γ−ブチロラクトン、
スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、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、ジオ
キソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、もしくは
これらの混合物を使用してもよい。
【００３５】また、電解液に含有させる塩としては、Ｌ
ｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、Ｌｉ
ＳＣＮ、ＬｉＩ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌ、ＬｉＢ
ｒ、ＬｉＣＦ3ＣＯ2などのリチウム塩、もしくはこれら
の混合物を用いてもよい。
ｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、Ｌｉ
ＳＣＮ、ＬｉＩ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌ、ＬｉＢ
ｒ、ＬｉＣＦ3ＣＯ2などのリチウム塩、もしくはこれら
の混合物を用いてもよい。
【００３６】本発明において、正極・負極間の短絡防止
に用いるセパレータとしては、孔または隙間を有するポ
リプロピレンおよびポリエチレンなどを単独または組み
合わせて使用したポリオレフィン製微孔性膜などが挙げ
られる。また、ＰＶｄＦおよびＰ（ＶｄＦ／ＨＦＰ）な
どの多孔性ポリマー電解質も使用できる。ほかに、ガラ
スマット、不織布、織布、ポリマー電解質等も使用でき
る。さらに、正・負極板間に備えられたポリマー粒子層
もセパレータとして使用できる。さらに、これらを組み
合わせたものも使用できる。
に用いるセパレータとしては、孔または隙間を有するポ
リプロピレンおよびポリエチレンなどを単独または組み
合わせて使用したポリオレフィン製微孔性膜などが挙げ
られる。また、ＰＶｄＦおよびＰ（ＶｄＦ／ＨＦＰ）な
どの多孔性ポリマー電解質も使用できる。ほかに、ガラ
スマット、不織布、織布、ポリマー電解質等も使用でき
る。さらに、正・負極板間に備えられたポリマー粒子層
もセパレータとして使用できる。さらに、これらを組み
合わせたものも使用できる。
【００３７】本発明で使用する正極および負極の集電体
は、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の
いずれでもよく、シート、発泡体、焼結多孔体、エキス
パンド格子等のいずれでもよく、さらに、前記集電体に
任意の形状で穴を開けたものでもよい。
は、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の
いずれでもよく、シート、発泡体、焼結多孔体、エキス
パンド格子等のいずれでもよく、さらに、前記集電体に
任意の形状で穴を開けたものでもよい。
【００３８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００３９】［実施例１］正極板の製作法について説明
する（工程１）。まず、粒径４μｍのポリオレフィン系
熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）粒子０．４ｋｇ、アセ
チレンブラック０．６ｋｇ、ポリビニリデンフルオライ
ド（ＰＶｄＦ）１．２ｋｇ、 Ｎ―メチル−２−ピロリ
ドン（ＮＭＰ）を混合した。これにコバルト酸リチウム
７ｋｇを加えて、ペーストを製作し、これを幅１００ｍ
ｍ、長さ４８０ｍｍ、厚さ２０μｍのアルミニウム箔上
に塗布し、８５℃で乾燥してＮＭＰを蒸発させた。この
作業をアルミニウム箔の両面に対しておこない、両面に
活物質層を備えた正極板を製作した。この後、プレスを
おこない、電極の厚さを２８０μｍから１７５μｍまで
薄くした。
する（工程１）。まず、粒径４μｍのポリオレフィン系
熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）粒子０．４ｋｇ、アセ
チレンブラック０．６ｋｇ、ポリビニリデンフルオライ
ド（ＰＶｄＦ）１．２ｋｇ、 Ｎ―メチル−２−ピロリ
ドン（ＮＭＰ）を混合した。これにコバルト酸リチウム
７ｋｇを加えて、ペーストを製作し、これを幅１００ｍ
ｍ、長さ４８０ｍｍ、厚さ２０μｍのアルミニウム箔上
に塗布し、８５℃で乾燥してＮＭＰを蒸発させた。この
作業をアルミニウム箔の両面に対しておこない、両面に
活物質層を備えた正極板を製作した。この後、プレスを
おこない、電極の厚さを２８０μｍから１７５μｍまで
薄くした。
【００４０】つぎに、負極板の製作法について説明する
（工程２）。まず、ＴＰＯ粒子０．８ｋｇ、ＰＶｄＦ
０．９ｋｇ、 ＮＭＰを混合した。これにメソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）８．１ｋｇを加えて、ペー
ストを製作し、これを幅８０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚
さ１４μｍの銅箔上に塗布し、８５℃で乾燥してＮＭＰ
を蒸発させた。この作業を銅箔の両面に対しておこな
い、両面に活物質層を備えた負極板を製作した。この
後、プレスをおこない、電極の厚さを３００μｍから１
９０μｍまで薄くした。
（工程２）。まず、ＴＰＯ粒子０．８ｋｇ、ＰＶｄＦ
０．９ｋｇ、 ＮＭＰを混合した。これにメソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）８．１ｋｇを加えて、ペー
ストを製作し、これを幅８０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚
さ１４μｍの銅箔上に塗布し、８５℃で乾燥してＮＭＰ
を蒸発させた。この作業を銅箔の両面に対しておこな
い、両面に活物質層を備えた負極板を製作した。この
後、プレスをおこない、電極の厚さを３００μｍから１
９０μｍまで薄くした。
【００４１】つぎに、上記のように製作した正・負極板
と、厚さ３０μｍ、幅２２ｍｍのポリエチレンセパレー
タとを巻回した後、高さ４７．０ｍｍ、幅２２．２ｍ
ｍ、厚さ６．４ｍｍのステンレスケースに挿入した。さ
らに、体積比１：１のエチレンカーボネートとジメチル
カーボネートとの混合液に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を
加えた電解液を注入して、本発明による公称容量４００
ｍＡｈの電池（Ａ）を製作した。なお、電池ケースには
非復帰式の安全弁を備えた。
と、厚さ３０μｍ、幅２２ｍｍのポリエチレンセパレー
タとを巻回した後、高さ４７．０ｍｍ、幅２２．２ｍ
ｍ、厚さ６．４ｍｍのステンレスケースに挿入した。さ
らに、体積比１：１のエチレンカーボネートとジメチル
カーボネートとの混合液に１ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を
加えた電解液を注入して、本発明による公称容量４００
ｍＡｈの電池（Ａ）を製作した。なお、電池ケースには
非復帰式の安全弁を備えた。
【００４２】また工程１および２においてＴＰＯ粒子を
加えずに極板を製作して、上記と同様の方法で従来から
公知の電池（Ｂ）を製作した。
加えずに極板を製作して、上記と同様の方法で従来から
公知の電池（Ｂ）を製作した。
【００４３】本発明による電池（Ａ）および従来から公
知の電池（Ｂ）を用いて、寿命試験を行った。電池を４
５℃において４００ｍＡの電流で４．１Ｖまで充電し、
続いて４．１Ｖの定電圧で２時間充電した。つぎに４０
０ｍＡの電流で２．７５Ｖまで放電した。これを５００
回繰り返した。１サイクル目の放電容量に対する５００
サイクル目の放電容量の維持率を図１に示す。
知の電池（Ｂ）を用いて、寿命試験を行った。電池を４
５℃において４００ｍＡの電流で４．１Ｖまで充電し、
続いて４．１Ｖの定電圧で２時間充電した。つぎに４０
０ｍＡの電流で２．７５Ｖまで放電した。これを５００
回繰り返した。１サイクル目の放電容量に対する５００
サイクル目の放電容量の維持率を図１に示す。
【００４４】図１から明らかなように、本発明による電
池（Ａ）は、従来から公知の電池（Ｂ）とくらべて、寿
命性能が大幅に向上することが判明した。これは、極板
孔中のポリマー粒子間に形成された孔に電解液が保持さ
れることによって、寿命試験の進行にともなう極板の膨
張による極板内の電解液の不足が抑制されるためである
と考えられる。また、正極板および負極板の一方のみに
ＴＰＯ粒子を混合した場合においても、同様の効果が得
られた。
池（Ａ）は、従来から公知の電池（Ｂ）とくらべて、寿
命性能が大幅に向上することが判明した。これは、極板
孔中のポリマー粒子間に形成された孔に電解液が保持さ
れることによって、寿命試験の進行にともなう極板の膨
張による極板内の電解液の不足が抑制されるためである
と考えられる。また、正極板および負極板の一方のみに
ＴＰＯ粒子を混合した場合においても、同様の効果が得
られた。
【００４５】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明において
は、正極または負極の少なくとも一方の孔にポリマー粒
子を備えさせることによって、前記ポリマー粒子間に形
成された細孔中に毛管現象によって電解液を保持させる
ことができるため、寿命試験末期の極板の膨張による極
板内での電解液の不足が生じなくなり、優れた寿命特性
をもつ非水電解質電池が製作可能となる。
は、正極または負極の少なくとも一方の孔にポリマー粒
子を備えさせることによって、前記ポリマー粒子間に形
成された細孔中に毛管現象によって電解液を保持させる
ことができるため、寿命試験末期の極板の膨張による極
板内での電解液の不足が生じなくなり、優れた寿命特性
をもつ非水電解質電池が製作可能となる。
【図１】本発明による電池（Ａ）および従来から公知の
電池（Ｂ）の寿命特性。
電池（Ｂ）の寿命特性。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H003 AA02 AA04 BB01 BB02 BB04 BB05 BB06 BB12 BB13 BC01 BC04 5H014 AA02 AA06 BB06 BB08 CC04 EE01 EE08 EE10 HH06 5H029 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AK05 AL02 AL03 AL06 AL07 AL08 AL12 AL18 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 CJ08 DJ08 DJ13 DJ16 EJ12 HJ05
Claims (6)
- 【請求項１】 正極または負極の少なくとも一方の孔に
ポリマー粒子を備えたことを特徴とする非水電解質電
池。 - 【請求項２】 ポリマー粒子に孔が形成されていること
を特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。 - 【請求項３】 ポリマー粒子がイオン伝導性であること
を特徴とする請求項１または２記載の非水電解質電池。 - 【請求項４】 ポリマー粒子の形状が球形であることを
特徴とする請求項１、２または３記載の非水電解質電
池。 - 【請求項５】 ポリマー粒子の粒径が０．００５μｍ〜
５０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１、２、
３または４記載の非水電解質電池。 - 【請求項６】 ポリマー粒子の粒径が活物質粒子の粒径
の１／３以下であることを特徴とする請求項１、２、
３、４または５記載の非水電解質電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000013669A JP2001202966A (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 非水電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000013669A JP2001202966A (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 非水電解質電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001202966A true JP2001202966A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18541226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000013669A Pending JP2001202966A (ja) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | 非水電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001202966A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009522719A (ja) * | 2006-01-03 | 2009-06-11 | エルジー・ケム・リミテッド | 安全性が向上した電気化学素子 |
| JP2019164993A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-26 | 株式会社リコー | 電極形成用組成物、電極の製造方法及び非水系蓄電素子の製造方法 |
-
2000
- 2000-01-24 JP JP2000013669A patent/JP2001202966A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009522719A (ja) * | 2006-01-03 | 2009-06-11 | エルジー・ケム・リミテッド | 安全性が向上した電気化学素子 |
| JP2019164993A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-26 | 株式会社リコー | 電極形成用組成物、電極の製造方法及び非水系蓄電素子の製造方法 |
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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 |