JP2001325949A

JP2001325949A - リチウムイオン電池

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Publication number: JP2001325949A
Application number: JP2000147532A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakai; 賢治中井; Kenji Hara; 賢二原; Yoshimasa Koishikawa; 佳正小石川; Kensuke Hironaka; 健介弘中
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP3624793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力かつ長寿命のリチウムイオン電池を提
供する。【解決手段】円筒形リチウムイオン電池内には、アル
ミニウム箔にマンガン酸リチウムを活物質とする正極活
物質合剤が均等かつ均質に塗布された正極と、圧延銅箔
に非晶質炭素を活物質とする負極活物質合剤が均等かつ
均質に塗布された負極とがセパレータを介して捲回配置
されている。アルミニウム箔両面の正極活物質合剤層の
厚さｘ_ｐは５０μｍ≦ｘ_ｐ≦１５０μｍで、正極活物質
合剤層の空隙率ｙ_ｐ＝０．０５ｘ_ｐ＋ｂ_ｐで示されるｂ
_ｐが１７≦ｂ_ｐ≦２８であり、圧延銅箔両面の負極活物
質合剤層の厚さｘ_ｎは４０μｍ≦ｘ_ｎ≦１２５μｍで、
負極活物質合剤層の空隙率ｙ_ｎ＝０．１２５ｘ_ｎ＋ｂ_ｎ
で示されるｂ_ｎが２０≦ｂ_ｎ≦２５である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン電池
に係り、特に正極集電体の両面にリチウム遷移金属複酸
化物を正極活物質とする正極活物質合剤が実質的に均等
かつ均質に塗布された正極と、負極集電体の両面に炭素
質物質を負極活物質とする負極活物質合剤が実質的に均
等かつ均質に塗布された負極と、がセパレータを介して
配置された電極群を電池容器内に非水電解液に浸潤させ
て収容したリチウムイオン電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、高エネルギ
ー密度であるメリットを活かして、主にＶＴＲカメラや
ノートパソコン、携帯電話等のポータブル機器用の電源
のみならず、電気自動車用電源としても注目されてい
る。すなわち、自動車産業界においては環境問題に対応
すべく、排出ガスのない、動力源を完全に電池のみとし
た電気自動車と、内燃機関エンジン及び電池の両方を動
力源とするハイブリッド（電気）自動車の開発が加速さ
れ、一部実用段階に到達している。

【０００３】リチウムイオン電池はその形状で円筒形と
角形とに分類されるが、電気自動車用電源としては現時
点で円筒形のものが多く用いられている。円筒形リチウ
ムイオン電池の内部は、正極及び負極の両電極が共に活
物質が金属箔に塗着された帯状であり、セパレータを挟
んでこれら両電極が直接接触しないように断面が渦巻状
に捲回され、捲回群が形成された捲回式の構造とされて
いる。そして、捲回群が円筒形の電池缶内に収納され、
電解液注液後、封口されている。

【０００４】このような背景から、電気自動車等の電源
となる電池には、当然高出力、高エネルギーが得られる
特性が要求され、自動車の加速力をモータ駆動でアシス
トするハイブリッド自動車においては、強力なアシスト
力を必要とするために、電源となる電池の高出力化が必
要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、より高出力な
リチウムイオン電池が得られれば、電気自動車及びハイ
ブリッド自動車の普及は加速するものと思われる。ま
た、電気自動車及びハイブリッド自動車にリチウムイオ
ン電池が搭載されるためには、高出力のみならず、長寿
命のリチウムイオン電池の実現が必要である。

【０００６】本発明は、上記事案に鑑み、高出力かつ長
寿命のリチウムイオン電池を提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、正極集電体の両面にリチウム遷移金属複
酸化物を正極活物質とする正極活物質合剤が実質的に均
等かつ均質に塗布された正極と、負極集電体の両面に炭
素質物質を負極活物質とする負極活物質合剤が実質的に
均等かつ均質に塗布された負極と、がセパレータを介し
て配置された電極群を電池容器内に非水電解液に浸潤さ
せて収容したリチウムイオン電池において、前記正極集
電体両面の正極活物質合剤層の厚さをｘ_ｐμｍ、該正極
活物質合剤層の空隙率をｙ_ｐ体積％としたときに、５０
μｍ≦ｘ_ｐ≦１５０μｍの範囲において、前記空隙率ｙ
_ｐを下記式（１）で１７≦ｂ_ｐ≦２８として設定したこ
とを特徴とする。

【０００８】

【数３】

【０００９】本発明では、正極集電体両面の正極活物質
合剤層の厚さをｘ_ｐμｍ、正極活物質合剤層の空隙率を
ｙ_ｐ体積％としたときに、５０μｍ≦ｘ_ｐ≦１５０μｍ
の範囲において、空隙率ｙ_ｐが式（１）で１７≦ｂ_ｐ≦
２８として設定される。空隙率ｙ_ｐを式（１）に示すよ
うに正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐと一定の比例関係を持
たせｂ_ｐを所定範囲とすることにより、空隙率ｙ_ｐは正
極活物質合剤層の厚さｘ_ｐに応じて適正な値に設定さ
れ、正極活物質合剤層の空隙には正極活物質との化学反
応を促進する適量の非水電解液が含浸されるので、リチ
ウムイオン電池の出力を高めることができる。

【００１０】この場合において、前記負極集電体両面の
負極活物質合剤層の厚さをｘ_ｎμｍ、該負極活物質合剤
層の空隙率をｙ_ｎ体積％としたときに、４０μｍ≦ｘ_ｎ
≦１２５μｍの範囲において、前記空隙率ｙ_ｎを下記式
（１）で２０≦ｂ_ｎ≦２５として設定するようにすれ
ば、空隙率ｙ_ｎは負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎに応じて
適正な値に設定され、負極活物質合剤層の空隙には負極
活物質との化学反応を促進する適量の非水電解液が含浸
されるので、リチウムイオン電池の出力を更に高めるこ
とができる。

【００１１】

【数４】

【００１２】このとき、正極活物質をリチウムマンガン
複酸化物とすることが好ましく、更に、負極活物質を非
晶質炭素とすれば、リチウムイオン電池の高出力化に加
え長寿命化を図ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をハ
イブリッド自動車に搭載される円筒形リチウムイオン電
池に適用した実施の形態について説明する。

【００１４】＜正極板の作製＞正極活物質であるマンガ
ン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉末やコバルト酸リチ
ウム（ＬｉＣｏＯ_２）粉末と、導電剤として鱗片状黒鉛
（平均粒径：２０μｍ）及びアセチレンブラックと、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、を重
量比で８５：８：２：５の割合で混合し、これに分散溶
媒のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混
練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極
集電体）の両面に実質的に均等かつ均質となるように塗
布すると共に、正極板長寸方向の一方の側縁に幅３０ｍ
ｍの未塗布部を残した。

【００１５】その後乾燥、プレス、裁断して幅８０ｍ
ｍ、所定長さ、正極集電体両面の（正極集電体の厚さを
含まない）正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（単位：μｍ）
及び空隙率ｙ_ｐ（単位：体積％）の帯状の正極板を得
た。このとき、正極板の正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐを
５０μｍ≦ｘ_ｐ≦１５０μｍの範囲とし、空隙率ｙ_ｐを
下記式（１）で示されるｂ_ｐが１７≦ｂ_ｐ≦２８の範囲
となるように設定した。プレス時の圧力を変えることに
よって、正極活物質合剤層のかさ密度を変えることがで
き、正極活物質合剤層の空隙率ｙ_ｐを変えることができ
る。

【００１６】

【数５】

【００１７】正極板のスラリ未塗布部に切り欠きを入
れ、切り欠き残部をリード片とした。また、隣り合うリ
ード片を２０ｍｍ間隔とし、リード片の幅は５ｍｍとし
た。

【００１８】＜負極板の作製＞ビーズ状黒鉛である大阪
ガスケミカル株式会社（以下、大阪ガスケミカルとい
う。）製のＭＣＭＢ（商品名）粉末や、非晶質炭素であ
る呉羽化学工業株式会社（以下、呉羽化学という。）製
カーボトロンＰ（商品名）粉末９０重量部に結着剤とし
て１０重量部のポリフッ化ビニリデンを添加し、これに
分散溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドンを添加、混練し
たスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔（負極集電体）の
両面に実質的に均等かつ均質となるように塗布すると共
に、負極板長寸方向の一方の側縁に幅３０ｍｍの未塗布
部を残した。

【００１９】その後乾燥、プレス、裁断して幅８６ｍ
ｍ、所定長さ、負極集電体両面の（負極集電体の厚さを
含まない）負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（単位：μ
ｍ、）及び空隙率ｙ_ｎ（単位：体積％）の帯状の負極板
を得た。このとき、負極板の負極活物質合剤層の厚さｘ
_ｎを４０μｍ≦ｘ_ｎ≦１２５μｍの範囲とし、空隙率ｙ
_ｎを下記式（２）で示されるｂ_ｎが２０≦ｂ_ｎ≦２５の
範囲をとなるように設定した。正極同様、プレス時の圧
力を変えることによって、負極活物質合剤層のかさ密度
を変えることができ、負極活物質合剤層の空隙率ｙ_ｎを
変えることができる。

【００２０】

【数６】

【００２１】負極板のスラリ未塗布部に正極板と同様に
切り欠きを入れ、切り欠き残部をリード片とした。ま
た、隣り合うリード片を２０ｍｍ間隔とし、リード片の
幅を５ｍｍとした。

【００２２】＜電池の作製＞上記作製した帯状の正極板
と負極板とを、これら両極板が直接接触しないように厚
さ４０μｍのリチウムイオンが通過可能なポリエチレン
製セパレータを介して捲回した。このとき、正極板及び
負極板のリード片が、それぞれ捲回群の互いに反対側の
両端面に位置するようにした。捲回群径を、正極板、負
極板、セパレータの長さを調整し、３８±０．５ｍｍと
した。また、正極板及び負極板を捲回したときに、捲回
最内周では捲回方向に正極板が負極板からはみ出すこと
がなく、また最外周でも捲回方向に正極板が負極板から
はみ出すことがないように、負極板の長さを正極板の長
さよりも１２ｃｍ長くなるようにした。捲回方向と垂直
方向においても正極活物質塗布部が負極活物質塗布部か
らはみ出すことがないよう、負極活物質塗布部の幅を、
正極活物質塗布部の幅よりも６ｍｍ長くした。

【００２３】図１に示すように、捲回群の上下に位置す
る正極タブ端子８、負極タブ端子９をそれぞれ円環状導
体である正極集電リング１１、負極集電リング１２に溶
接した。次に、捲回群と円筒状の有底電池缶６との電気
的接触を防止するために、絶縁被覆を捲回群の外周面全
周に施した。絶縁被覆には、基材がポリイミドで、その
片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着剤を塗布し
た粘着テープを用いた。この粘着テープを捲回群外周面
に亘って１周以上巻いて絶縁被覆とした。このとき、捲
回群の最大径部が絶縁被覆存在部となるように巻き数を
調整し、該最大径を電池缶６の内径である３９ｍｍより
僅かに小さくした。次いで、正極集電リング１１を、安
全弁を内蔵し外部端子となる電池蓋７に、負極集電リン
グ１２を、外部端子となる電池缶６にそれぞれ導体リー
ドを介して溶接し、捲回群を電池缶６内に挿入した。

【００２４】そして、非水電解液を電池缶６に注入した
後、電池缶６の開口部を、ガスケット１０を介して電池
蓋７で封口して、円筒形リチウムイオン電池２０を組み
立てた。そして、所定電圧及び電流で初充電を行うこと
により、円筒形リチウムイオン電池２０に電池としての
機能を付与した。なお、電解液には、エチレンカーボネ
ート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエ
チルカーボネート（ＤＥＣ）の体積比１：１：１の混合
溶液中へ６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モ
ル／リットル溶解したものを用いた。

【００２５】次に、本実施形態に従って作製した円筒形
リチウムイオン電池２０の実施例について説明する。な
お、比較のために作製した比較例の円筒形リチウムイオ
ン電池についても併記する。

【００２６】（実施例１）下表１に示すように、実施例
１では、正極活物質に日本化学工業株式会社製コバルト
酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）粉末、商品名セルシードＣ
−１０を用い、正極活物質合剤層（正極活物質塗布部）
の厚さｘ_ｎ（正極集電体の厚さは含まない。）を１００
μｍ、空隙率ｙ_ｐを２５体積％（以下単に％と記す。）
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．
０となる。ここで空隙率ｙ_ｐは、正極活物質合剤層の厚
さｘ_ｎと、塗布重量及び正極活物質層構成材料の比重
（真密度）とから計算される値を用いた。各活物質層構
成材料の比重は、例えばピクノメータを用いて測定する
ことができる（負極板についても同じ）。なお、本実施
例並びに以下の実施例及び比較例の電池を構成する電極
において、各活物質層構成材料の比重は、コバルト酸リ
チウム５．１、マンガン酸リチウム４．２８、導電剤の
黒鉛２．２２、アセチレンブラック１．３１、ＰＶＤＦ
１．７７、ＭＣＭＢ２．２、非晶質炭素カーボトロンＰ
１．５２である。

【００２７】また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ビ
ーズ状黒鉛のＭＣＭＢを用い、負極活物質合剤層（活物
質塗布部）の厚さｘ_ｎ（負極集電体の厚さは含まな
い。）を８４μｍ、空隙率ｙ_ｎを２８％とした負極板を
作製した。この場合、ｂ_ｎの値は１７．５となる。

【００２８】上記正極板及び負極板を組み合わせて円筒
形リチウムイオン電池２０を作製し、実施例１の電池と
した。

【００２９】

【表１】

【００３０】（実施例２）実施例２では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２５％
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．
０となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣ
ＭＢを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さ
は含まない。）を９８μｍ、空隙率ｙ_ｎを３８％とした
負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２５．８とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池２０を作製し、実施例２の電池とした。

【００３１】（実施例３）実施例３では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを２０％と
した正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は１７．５
となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭ
Ｂを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは
含まない。）を４５μｍ、空隙率ｙ _ｎを２６％とした負
極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２０．４とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池２０を作製し、実施例３の電池とした。

【００３２】（実施例４）実施例４では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２５％
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．
０となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣ
ＭＢを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さ
は含まない。）を９７μｍ、空隙率ｙ_ｎを３７％とした
負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２４．９とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池２０を作製し、実施例４の電池とした。

【００３３】（実施例５）実施例５では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を１５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを３５％
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２７．
５となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣ
ＭＢを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さ
は含まない。）を１２５μｍ、空隙率ｙ_ｎを３６．７％
とした負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２１．
１となる。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチ
ウムイオン電池２０を作製し、実施例５の電池とした。

【００３４】（実施例６）実施例６では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属株式会社（以下、三井金属
という。）製マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉
末を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは
含まない。）を５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを２０％とした正
極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は１７．５とな
る。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭＢを
用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含ま
ない。）を４０μｍ、空隙率ｙ_ｎを２５％とした負極板
を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２０．０となる。正
極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン電
池２０を作製し、実施例６の電池とした。

【００３５】（実施例７）実施例７では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム粉末
を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは含
まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２５％とした正
極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．０とな
る。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭＢを
用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含ま
ない。）を８０μｍ、空隙率ｙ_ｎを３５％とした負極板
を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２５．０となる。正
極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン電
池２０を作製し、実施例７の電池とした。

【００３６】（実施例８）実施例８では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム粉末
を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは含
まない。）を１５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを３５％とした正
極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２７．５とな
る。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭＢを
用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含ま
ない。）を８９μｍ、空隙率ｙ_ｎを３６％とした負極板
を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２４．９となる。正
極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン電
池２０を作製し、実施例８の電池とした。

【００３７】（実施例９）実施例９では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム粉末
を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは含
まない。）を５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを２０％とした正極
板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は１７．５となる。
また、負極活物質に呉羽化学製非晶質炭素、カーボトロ
ンＰ（表１ではＰＩＣと略記する。）を用い、負極活物
質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含まない。）を４０
μｍ、空隙率ｙ_ｎを２５％とした負極板を作製した。こ
の場合、ｂ_ｎの値は２０．０となる。正極板及び負極板
を組み合わせて円筒形リチウムイオン電池２０を作製
し、実施例９の電池とした。

【００３８】（実施例１０）実施例１０では、表１に示
すように、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム
粉末を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さ
は含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２５％とし
た正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．０と
なる。また、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰ
を用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含
まない。）を８０μｍ、空隙率ｙ_ｎを３５％とした負極
板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２５．０となる。
正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン
電池２０を作製し、実施例１０の電池とした。

【００３９】（実施例１１）実施例１１では、表１に示
すように、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム
粉末を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さ
は含まない。）を１５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを３５％とし
た正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２７．５と
なる。また、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰ
を用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含
まない。）を８０μｍ、空隙率ｙ_ｎを３２％とした負極
板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２２．０となる。
正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン
電池２０を作製し、実施例１１の電池とした。

【００４０】（実施例１２）実施例１２では、表１に示
すように、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム
粉末を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さ
は含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２８％とし
た正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２３．０と
なる。また、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰ
を用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含
まない。）を８７μｍ、空隙率ｙ_ｎを３０％とした負極
板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は１９．１となる。
正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン
電池２０を作製し、実施例１２の電池とした。

【００４１】（実施例１３）実施例１３では、表１に示
すように、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム
粉末を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さ
は含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２８％とし
た正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２３．０と
なる。また、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰ
を用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含
まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｎを３９％とした負
極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２６．５とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池２０を作製し、実施例１３の電池とした。

【００４２】（比較例１）比較例１では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を４５μｍ、空隙率ｙ_ｐを２３％と
した正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２０．８
となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭ
Ｂを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは
含まない。）を３８μｍ、空隙率ｙ _ｎを２５．５％とし
た負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２０．８と
なる。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウム
イオン電池を作製し、比較例１の電池とした。

【００４３】（比較例２）比較例２では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を５０μｍ、空隙率ｙ_ｐを１９％と
した正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は１６．５
となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣＭ
Ｂを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは
含まない。）を４６μｍ、空隙率ｙ _ｎを２８％とした負
極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２２．３とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池を作製し、比較例２の電池とした。

【００４４】（比較例３）比較例３では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を１５５μｍ、空隙率ｙ_ｐを３５％
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２７．
３となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣ
ＭＢを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さ
は含まない。）を１３０μｍ、空隙率ｙ_ｎを３７％とし
た負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２０．８と
なる。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウム
イオン電池を作製し、比較例３の電池とした。

【００４５】（比較例４）比較例４では、表１に示すよ
うに、正極活物質にコバルト酸リチウム粉末セルシード
Ｃ−１０を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体
厚さは含まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを３４％
とした正極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は２９．
０となる。また、負極活物質に大阪ガスケミカル製ＭＣ
ＭＢを用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さ
は含まない。）を８２μｍ、空隙率ｙ_ｎを３５％とした
負極板を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２４．８とな
る。正極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイ
オン電池を作製し、比較例４の電池とした。

【００４６】（比較例５）比較例５では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウムを用
い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは含まな
い。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを２０％とした正極板
を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は１５．０となる。ま
た、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰを用い、
負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含まな
い。）を６６μｍ、空隙率ｙ_ｎを３２％とした負極板を
作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２３．８となる。正極
板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン電池
を作製し、比較例５の電池とした。

【００４７】（比較例６）比較例６では、表１に示すよ
うに、正極活物質に三井金属製マンガン酸リチウム粉末
を用い、正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ（集電体厚さは含
まない。）を１００μｍ、空隙率ｙ_ｐを３５％とした正
極板を作製した。この場合、ｂ_ｐの値は３０．０とな
る。また、負極活物質に非晶質炭素のカーボトロンＰを
用い、負極活物質合剤層の厚さｘ_ｎ（集電体厚さは含ま
ない。）を６０μｍ、空隙率ｙ_ｎを３２％とした負極板
を作製した。この場合、ｂ_ｎの値は２４．５となる。正
極板及び負極板を組み合わせて円筒形リチウムイオン電
池を作製し、比較例６の電池とした。

【００４８】＜試験・評価＞ [試験]次に、以上のように作製した実施例及び比較例の
各電池について、室温で充電した後放電し、放電容量を
測定した。充電条件は、４．１Ｖ定電圧、制限電流５
Ａ、３．５時間とした。放電条件は、１Ａ定電流、終止
電圧２．７Ｖとした。

【００４９】その後、得られた放電容量を基準に、４．
１Ｖ充電状態の各電池を、２Ｃ、５Ｃ、１０Ｃで各１０
秒間連続放電した。横軸電流に対して、各１０秒目の電
圧を縦軸にプロットし、３点を直線近似した直線が、終
止電圧である２．７Ｖと交差する点の電流値を読み取
り、この電流値と２．７Ｖとの積をその電池の出力とし
た。

【００５０】更にその後、各電池を２５±２°Ｃの雰囲
気で下記条件により充放電を５００サイクル繰り返して
５００サイクル目の出力を初期の出力と同様にして求
め、初期の出力に対する５００サイクル目の出力の百分
率（出力維持率）を算出した。充電：４．１Ｖ定電圧、制限電流５ＣＡ、０．５時間放電：５ＣＡ定電流、終止電圧２．７Ｖ

【００５１】[試験結果]下表２にこれら一連の試験の試
験結果を示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】[評価]表１及び表２に示すように、すべて
の実施例の電池では、ｂ_ｐの値を１７〜２８としたこと
で、高い出力が得られている。しかし、比較例１の電池
のように正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐが５０μｍを下回
ると、たとえｂ_ｐの値が１７〜２８の範囲に入っていた
としても、高出力は得られない。また、比較例３の電池
のように正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐが１５０μｍを超
えると、たとえｂ_ｐの値が１７〜２８の範囲に入ってい
たとしても、高出力は得られない。逆に、比較例２、５
の電池のように、ｂ_ｐの値が１６．５や１５．０と１７
を下回っても、また、比較例４、６の電池のようにｂ_ｐ
の値が２９．０、３０．０と２８を超えても高出力は得
られない。

【００５４】とりわけ中でも、実施例３〜１１の電池で
は、ｂ_ｎの値を２０〜２５としたので、より高出力が得
られている。しかし、比較例１の電池のように負極活物
質合剤層の厚さｘ_ｎが４０μｍを下回ると、高出力は得
られない。また逆に、比較例３の電池のように負極活物
質合剤層の厚さｘ_ｎが１２５μｍを超えると、たとえｂ
_ｎの値が２０〜２５の範囲に入っていたとしても、高出
力は得られない。逆に、実施例１２の電池のように、ｂ
_ｎの値が２０を下回り、１９．１となっても、また実施
例２や実施例１３の電池のようにｂ_ｎの値が２５を超え
２５．８や２６．５となっても高出力化の効果はそれ程
大きくはない。

【００５５】実施例６〜１１の電池では、正極活物質に
マンガン酸リチウムを用いているので、より出力が大き
い。これらの電池中でも、実施例９〜１１の電池は負極
活物質に非晶質炭素を用いているので、更に出力が大き
い。また、正極及び負極活物質にそれぞれマンガン酸リ
チウム及び非晶質炭素を用いた、実施例９〜１３及び比
較例５、６の電池においては、充放電サイクルを繰り返
した後の出力維持率が最も高いレベルにある。

【００５６】従って、リチウムイオン電池２０の高出力
化を図るためには、上述した式（１）において、５０μ
ｍ≦（正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐ）≦１５０μｍの範
囲で、ｂ_ｐの範囲が１７≦ｂ_ｐ≦２８であることが好ま
しく、上述した式（２）において、４０μｍ≦（負極活
物質合剤層の厚さｘ_ｎ）≦１２５μｍの範囲で、ｂ_ｎの
範囲が２５≦ｂ_ｎ≦３０であることが更に好ましいこと
が分かる。また、リチウムイオン電池２０の高出力化と
併せて長寿命化を図るためには、正極活物質にリチウム
遷移金属複酸化物のうちリチウムマンガン複酸化物を、
負極活物質に炭素質物質のうち非晶質炭素を用いること
が好ましいことが分かる。

【００５７】以上のように、本実施形態の円筒形リチウ
ムイオン電池２０は、高出力でありながら長寿命である
ので、特に電気自動車及びハイブリッド自動車用の電源
に適している。

【００５８】なお、本実施形態では、ハイブリッド自動
車の電源に用いられる大形の二次電池について例示した
が、電池の用途や大きさ、電池容量には限定されないこ
とはいうまでもない。また、有底筒状容器（缶）に電池
上蓋がカシメによって封口されている構造の円筒形リチ
ウムイオン電池にも本発明の適用が可能である。更に、
円筒形電池に限らず、例えば捲回群を角形に捲回した角
形リチウムイオン電池にも適用が可能である。

【００５９】また、本実施形態では、絶縁被覆に、基材
がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリレートか
らなる粘着剤を塗布した粘着テープを用いたが、これに
限定されるものではなく、例えば、基材がポリプロピレ
ンやポリエチレン等のポリオレフィンで、その片面又は
両面にヘキサメタアクリレートやブチルアクリレート等
のアクリル系粘着剤を塗布した粘着テープや、粘着剤を
塗布しないポリオレフィンやポリイミドからなるテープ
等を好適に使用することができる。

【００６０】更に、本実施形態では、リチウムイオン電
池用の正極にコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウ
ム、負極に黒鉛質炭素や非晶質炭素、電解液にエチレン
カーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボ
ネートの体積比１：１：１の混合液中へ６フッ化リン酸
リチウムを１モル／リットル溶解したものを用いたが、
本発明の電池の製造方法には特に制限はなく、また結着
剤、負極活物質、非水電解液も通常用いられているいず
れのものも使用可能である。電気自動車等の用途で高出
力かつ長寿命のリチウムイオン電池とするためには、正
極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物やリチウ
ム・ニッケル複合酸化物を用いるよりも、リチウムマン
ガン複酸化物であるマンガン酸リチウムを用いることが
より望ましい。

【００６１】また、本実施形態ではポリフッ化ビニリデ
ンを結着剤として使用したが、リチウムイオン電池用極
板活物質結着剤としては、テフロン（登録商標）、ポリ
エチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴ
ム、ニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、多硫化
ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各
種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ
化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン
等の重合体及びこれらの混合体等を用いてもよい。

【００６２】更に、本実施形態に示した以外のリチウム
二次電池用正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離
可能な材料であり、予め十分な量のリチウムを挿入した
リチウムマンガン複酸化物が好ましく、スピネル構造を
有したマンガン酸リチウムや、結晶中のマンガンやリチ
ウムの一部をそれら以外の元素で置換又はドープした材
料を使用してもよい。

【００６３】また更に、本実施形態に示した以外のリチ
ウムイオン電池用負極活物質を使用しても本発明の適用
は制限されない。例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛
材、コークスなどの炭素質材料等を使用してもよく、そ
の粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状
等、特に制限されるものではない。

【００６４】また、電解液としては、一般的なリチウム
塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した電解液を使
用してもく、リチウム塩や有機溶媒にも特に制限される
ものではない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌ
Ｏ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ
（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ
等やこれらの混合物を用いることができる。

【００６５】そして、本実施形態以外の非水電解液有機
溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエト
キシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラ
ン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオ
キソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスル
ホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル等又はこれ
ら２種類以上の混合溶媒を用いることができ、更に、混
合配合比についても限定されるものではない。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空隙率ｙ_ｐを正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐと一定の比例
関係を持たせｂ_ｐを所定範囲とすることにより、空隙率
ｙ_ｐは正極活物質合剤層の厚さｘ_ｐに応じて適正な値に
設定され、正極活物質合剤層の空隙には正極活物質との
化学反応を促進する適量の非水電解液が含浸されるの
で、リチウムイオン電池の出力を高めることができる、
という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施形態の円筒形リチウムイ
オン電池の断面図である。

【符号の説明】

６電池缶（電池容器）２０円筒形リチウムイオン電池（リチウムイオン電
池）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小石川佳正東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号新神戸電機株式会社内 (72)発明者弘中健介東京都中央区日本橋本町二丁目８番７号新神戸電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H029 AJ02 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 DJ13 HJ04 HJ07 HJ09 5H050 AA02 AA07 CA08 CA09 CB09 EA10 EA24 FA20 HA04 HA07 HA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体の両面にリチウム遷移金属複
酸化物を正極活物質とする正極活物質合剤が実質的に均
等かつ均質に塗布された正極と、負極集電体の両面に炭
素質物質を負極活物質とする負極活物質合剤が実質的に
均等かつ均質に塗布された負極と、がセパレータを介し
て配置された電極群を電池容器内に非水電解液に浸潤さ
せて収容したリチウムイオン電池において、前記正極集
電体両面の正極活物質合剤層の厚さをｘ_ｐμｍ、該正極
活物質合剤層の空隙率をｙ_ｐ体積％としたときに、５０
μｍ≦ｘ_ｐ≦１５０μｍの範囲において、前記空隙率ｙ
_ｐを下記式（１）で１７≦ｂ_ｐ≦２８として設定したこ
とを特徴とするリチウムイオン電池。【数１】
【請求項２】前記負極集電体両面の負極活物質合剤層
の厚さをｘ_ｎμｍ、該負極活物質合剤層の空隙率をｙ_ｎ
体積％としたときに、４０μｍ≦ｘ_ｎ≦１２５μｍの範
囲において、前記空隙率ｙ_ｎを下記式（２）で２０≦ｂ
_ｎ≦２５として設定したことを特徴とする請求項１に記
載のリチウムイオン電池。【数２】
【請求項３】前記正極活物質がリチウムマンガン複酸
化物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載のリチウムイオン電池。
【請求項４】前記負極活物質が非晶質炭素であること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記
載のリチウムイオン電池。