JP2001332227A

JP2001332227A - コイン型電池

Info

Publication number: JP2001332227A
Application number: JP2000149114A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Atsumi; 吉則厚美; Kazuhiro Iwasa; 和弘岩佐; Kenichi Suzuki; 賢一鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流パルスを取り出すことができる。【解決手段】負極缶に収容された負極と、正極缶に収
容された正極と、上記負極と上記正極との間に介在され
る非水電解質とを備える。そして本発明のコイン型電池
は、上記負極缶は、電池内部に凸に形成された突起部分
を有し、当該突起部分は、負極缶内に収容された負極と
接触している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイン型の非水電
解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電池技術の進歩によって、種々の
電子機器の高性能化、小型化、携帯化が進み、これらの
電子機器の電源として使用される二次電池にも高性能
化、小型化が強く要求されるようになってきた。従来、
これらの電子機器に使用される二次電池には、ニッケル
・カドミウム電池や鉛電池などがある。

【０００３】しかしながら、これらの電池では電池電圧
（放電電圧）が低く、エネルギー密度の高い二次電池を
得たいという要求には十分に応えられるものではなかっ
た。

【０００４】リチウムやリチウム合金もしくは炭素材料
のようなリチウムイオンをドープ及び／又は脱ドープす
ることが可能な物質を負極として用い、また正極にＬｉ
ＣｏＯ₂や、ＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂、又はＬｉＭｎ₂Ｏ₄な
どの、リチウム複合酸化物を使用する非水電解液二次電
池の研究開発が盛んに行われている。

【０００５】この電池は電池電圧が高く、高エネルギー
密度を有し、自己放電も少なく、且つサイクル特性にも
優れている。その用途としては、長期間使用が要求され
る電子腕時計や、種々のメモリーバックアップ用電源の
ほか、電卓、カメラ、ラジオなど長期間充放電サイクル
寿命を重視する電子機器の電源としての需要も大いに期
待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来この種の非水電解
液二次電池において、コイン型の電池は主用途がメモリ
ーバックアップ用途であり、１〜２ｍＡ以上の電流を必
要とする用途には不向きであった。昨今の小型・軽量電
子部品開発により、コイン型電池を主電源に用いた小型
携帯端末機器開発が進んでおり、５ｍＡを超える大電流
パルスを取り出すことができるコイン型二次電池の開発
がいっそう望まれている。

【０００７】本発明は、上述したような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、大電流パルスを取り出すこ
とができるコイン型電池を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のコイン型電池
は、負極缶に収容された負極と、正極缶に収容された正
極と、上記負極と上記正極との間に介在される非水電解
質とを備える。そして本発明のコイン型電池は、上記負
極缶は、電池内部に凸に形成された突起部分を有し、当
該突起部分は、負極缶内に収容された負極と接触してい
ることを特徴とする。

【０００９】上述したような本発明に係るコイン型電池
では、負極と接触するように負極缶に突起部分が形成さ
れているので、負極と負極缶とのコンタクトが強固にな
り、負極からの集電効率が向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を適用したコイン型電池の
一構成例を図１及び図２に示す。このコイン型電池１
は、負極２と、負極２を収容する負極缶３と、正極４
と、正極４を収容する正極缶５と、正極４と負極２との
間に配されたセパレータ６と、絶縁ガスケット７とを備
え、負極缶３及び正極缶５内に非水電解液が充填されて
なる。

【００１１】負極２は、リチウムと合金可能な材料、あ
るいはリチウムをドープ・脱ドープ可能な材料を用いる
ことができる。具体的には、例えば特開平９−３０６４
９２号公報に記載されているように、仮焼温度の異なる
２種類の炭素質材料を作成すると共に、この２種類の炭
素質材料を所定の配合比率で混合し、造粒し、成型体を
作成した後、不活性ガス、または真空中で焼結体とした
ものを好ましく用いることができる。

【００１２】上記炭素質材料は、所定の温度で焼結、焼
成後、粉砕して炭素粉体を形成し、更に使用に適する粒
度の炭素粉体を焼結処理して焼結炭素体を作成し、これ
を負極活物質として用いる。

【００１３】前記炭素質材料の原料として石油ピッチ、
バインダーピッチ、高分子樹脂、グリンコークス等、熱
分解炭素類、コークス類（石炭コークス、ピッチコーク
ス、石油コークス等）、カーボンブラック（アセチレン
ブラック等）、ガラス状炭素、有機高分子材料焼成体
（有機高分子材料を不活性ガス気流中、或いは真空中で
５００℃以上の適当な温度で焼成したもの）、炭素繊維
等と樹脂分を含んだピッチ類や、焼結性の高い樹脂、例
えばフラン樹脂、ジビニルベンゼン、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリ塩化ビニリデン等の有機物を熱処理して得ら
れた炭素質材料を使用することができる。また、メソフ
ェーズを含有する石油等のピッチを熱処理して得られる
メソフェーズカーボンを用いることもできる。

【００１４】また、リチウムと合金可能な材料として
は、Ｓｉ化合物や、Ｓｎ化合物等を用いることができ
る。

【００１５】負極缶３は、負極２を収容するものであ
り、また、コイン型電池１の外部負極となる。

【００１６】ここで、本発明に係るコイン型電池１にお
いては、図１及び図２に示すように、上記負極缶３に、
電池内部に凸となるように突起部分８が形成されてい
る。さらに、この突起部分８は、負極缶３内に収容され
た負極と接触している。このように負極缶３に突起部分
８を形成することによって、当該突起部分８によって負
極缶３が負極２を電池内部へ押さえ込む力が加わること
で、負極缶３と負極２とのコンタクトがより強固にな
る。これにより、負極の集電効率を高めて大電流を取り
出すことができる。

【００１７】具体的には、パルス放電電流において、従
来の電池から取り出せる電流は１〜２ｍＡ程度であった
が、負極缶３に突起部分８を形成した本発明に係るコイ
ン型電池１では、５〜３０ｍＡの大電流を取り出せるよ
うになった。

【００１８】正極４は、正極集電体上に、正極活物質を
含有する正極活物質層が形成されてなる。正極集電体と
しては、例えばアルミニウム箔等が用いられる。

【００１９】正極活物質としては、リチウム化合物を用
いることができる。リチウム化合物としては例えばＬｉ
_xＭＯ₂の一般式で表されるリチウム複合酸化物等が挙げ
られる。なお、Ｍは一種以上の遷移金属であり、ｘは通
常０．０５≦ｘ≦１．１０の範囲内の値である。

【００２０】上記リチウム複合酸化物を構成する遷移金
属Ｍとしては、コバルト（Ｃｏ），ニッケル，（Ｎｉ）
又はマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種であること
が好ましい。リチウム複合酸化物の具体例としては、Ｌ
ｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（ｘお
よびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、
０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ＜１．０である。）あるいはＬ
ｉＭｎ₂Ｏ₄などが挙げられる。

【００２１】さらに、一般式Ｌｉ_xＭＰＯ₄（式中、０＜
ｘ＜２であり、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる少なく
とも一種以上の元素である。）で表されるような、オリ
ビン構造を有する化合物なども用いることができる。

【００２２】正極活物質層に含有される結合剤として
は、この種のコイン型電池１の正極活物質層の結合剤と
して通常用いられている公知の樹脂材料等を用いること
ができる。

【００２３】正極缶５は、正極４を収容するものであ
り、また、コイン型電池１の外部正極となる。

【００２４】セパレータ６は、正極４と、負極２とを離
間させるものであり、この種のコイン型電池１のセパレ
ータとして通常用いられている公知の材料を用いること
ができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが
用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー
密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄い
ことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは例
えば５０μｍ以下が適当である。

【００２５】絶縁ガスケット７は、負極缶３に組み込ま
れ一体化されている。この絶縁ガスケット７は、負極缶
３及び正極缶５内に充填された非水電解液の漏出を防止
するためのものである。

【００２６】非水電解液としては、非プロトン性非水溶
媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。

【００２７】非水溶媒としては、例えばプロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スル
ホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル
１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メチ
ル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ
プロピルカーボネート等を使用することができる。特
に、電圧安定性の点からは、プロピレンカーボネート、
ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカ
ーボネート等の鎖状カーボネート類を使用することが好
ましい。また、このような非水溶媒は、１種類を単独で
用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

【００２８】また、非水溶媒に溶解させる電解質として
は、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、
ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂等
のリチウム塩を使用することができる。これらのリチウ
ム塩の中でも、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄を使用することが
好ましい。

【００２９】上述したような本発明に係るコイン型電池
１では、負極缶３に突起部分８が形成され、この突起部
分８が負極と接触しているので、負極の集電効率を高め
て、例えば５ｍＡ以上という大電流を取り出すことが可
能となる。

【００３０】そして、このようなコイン型電池１は例え
ばつぎのようにして製造される。

【００３１】負極２としては、仮焼温度の異なる２種類
の炭素質材料を作成すると共に、この２種類の炭素質材
料を所定の配合比率で混合し、造粒し、成型体を作成し
た後、不活性ガス、または真空中で焼結体とすることに
より作製される。

【００３２】正極４としては、まず、正極活物質とと結
着剤とを溶媒中に分散させてスラリーの正極合剤を調製
する。次に、得られた正極合剤を正極集電体上に均一に
塗布、乾燥して正極活物質層を形成することにより正極
４が作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知
の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公
知の添加剤等を添加することができる。

【００３３】また、非水電解液は、電解質塩を非水溶媒
中に溶解することにより調製される。

【００３４】そして、図３に示すように負極２を負極缶
３に収容する。ここで、この負極缶３には、電池内部に
凸となるように突起部分８が形成されている。次に、図
４に示すように負極２の周辺縁部に絶縁ガスケット７を
配する。さらに、図５に示すように負極２上にポリプロ
ピレン製多孔質膜等からなるセパレータ６を配する。次
に、負極缶３内に非水電解液を注入した後、図６に示す
ようにセパレータ６上に正極４を配する。

【００３５】最後に、図７に示すように、負極２、セパ
レータ６、正極４及び非水電解液が収容された負極缶３
の開口部に正極缶５を被せて、絶縁ガスケット７を介し
て負極缶３と正極缶５とをかしめて固定することによ
り、図１及び図２に示したようなコイン型電池１が完成
する。

【００３６】なお、上述した実施の形態では、図１及び
図２に示すように、突起部分８が負極缶３の略中央に、
断面円弧状の一点状に形成されている場合を例に挙げて
説明したが、この突起部分８の形状は、特に限定される
ものではない。図１及び図２では突起部分８の断面が円
弧状に形成されているが、例えば図８及び図９に示すよ
うに、突起部分８の断面が矩形状に形成されていても構
わない。さらに、突起部分８の平面形状も一点状ではな
く、例えば図１０及び図１１に示すように負極缶３底面
と同心の円環状に形成されていてもよい。さらに、例え
ば図１２及び図１３に示すように、突起部分８は負極缶
３の底面全体が電池内部に向けて屈曲しているような形
状でもよい。なお、ここでは負極缶３のみを抜き出して
示した。

【００３７】このように、突起部分８の形状は特に限定
されるものではないが、本発明の効果が、当該突起部分
８によって負極缶３が負極２を電池内部へ押さえ込ん
で、負極缶３と負極２とのコンタクトを強固あらしめる
ことに基づくものであることを考えると、突起部分８の
形状は、負極２を電池内部へ押さえ込む力がより強い一
点状のものが好ましい。

【００３８】さらに、本発明は、焼結体ペレットからな
る負極２を用いたコイン型電池１に適用される場合に、
特に好適である。焼結体ペレットからなる負極は、それ
自体の電気伝導性は高いものの、電気集電部分である負
極缶３と負極ペレットとのコンタクト及び集電効率が不
十分であると、本来の重負荷特性に優れた特性を十分に
取り出し難いという問題が発生する。

【００３９】負極缶３に突起部分８を形成することによ
って、負極ペレットと電池缶とのコンタクトを確保して
集電効率を向上させ、本来の優れた重負荷特性を十分に
発揮させることができる。

【００４０】

【実施例】つぎに、本発明の効果を確認すべく行った実
施例について説明する。なお、本発明はこれに限定され
るものではないことは、言うまでもない。

【００４１】〈実施例１〉正極ペレットを以下のように
作製した。

【００４２】まず、酸化コバルト（III）を１モルと、
炭酸リチウムを０．５モルとを混合し、９００℃の空気
中で５時間焼成することにより、正極活物質となるＬｉ
ＣｏＯ₂を得た。

【００４３】次に、このＬｉＣｏＯ₂を９１重量部と、
導電剤としてグラファイトパウダーを６重量部と、結着
剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）パウ
ダーを６重量部とを混合して正極合剤を調整した。

【００４４】この正極合剤の５００ｍｇ分を型に充填し
予備成型した後、正極集電体としてアルミニウムメッシ
ュを載せ、さらに加圧成型することにより外径１５．５
ｍｍ、高さ０．７ｍｍの正極ペレットを作製した。

【００４５】つぎに負極ペレットを以下のように作製し
た。

【００４６】まず、固定炭素８８．５％、全膨張率０％
（石炭の熱膨張試験に用いられるディラトメータの試験
による）である低膨張性のメソフェーズカーボン粉体２
５０メッシュアンダー品を酸化雰囲気中にて３００℃で
１時間処理を行い、平均粒径２０μｍの粉末を得た。こ
れを炭素質粉末Ａとした。

【００４７】次に、固定炭素８８．５％、全膨張率０％
（石炭の熱膨張試験に用いられるディラトメータの試験
による）である低膨張性のメソフェーズカーボン粉体２
５０メッシュアンダー品を酸化雰囲気中にて３００℃で
１時間処理を行い、その後、酸化雰囲気を不活性ガスに
変更し、不活性ガス中にて９００℃の温度で３時間焼成
し、コークス状とした。このコークス状物質を粉砕し、
平均粒径２０μｍの粉末を得た。これを炭素質粉末Ｂと
した。

【００４８】次に、前記炭素質粉末Ａと炭素質粉末Ｂを
５対９５の割合で混合し、バインダーとしてポリビニル
アルコール（分子量５００）を加え、溶媒として水を使
用し、混練した。その後、粒径１５０μｍ以上、２５０
μｍ以下にメッシュを使用して造粒、および粒度調整を
行った。この造粒品から直径１６．７ｍｍにてペレット
を成形し、そのペレットを不活性ガス中で１０００℃に
て３時間処理し、外径１６．０ｍｍ、高さ０．８ｍｍ、
質量１８０ｍｇの焼結体である負極ペレットを得た。

【００４９】そして、得られた負極ペレットをステンレ
スからなる負極缶に入れた。ここで、この負極缶には、
図１４及び図１５に示すように、当該負極缶底面の略中
央に、断面円弧状の突起部分が形成されている。その上
に、必要寸法に打ち抜いた、厚さ５０μｍの微多孔性ポ
リプロピレンフィルムのセパレータを、ポリプロピレン
製の封口ガスケットを負極缶に挿着したものに挟み込ん
で入れた後、非水電解液を注入した。この非水電解液は
プロピレンカーボネートとメチルエチルカーボネートと
の等容量混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの濃度で
溶解して調製した。

【００５０】次に、正極ペレットをセパレータ上に載
せ、さらに非水電解液を注入した後に、アルミニウム、
ステンレス及びニッケルの３層からなる正極缶を被せて
その封口部をかしめてシールすることにより、外径２０
ｍｍ、高さ２．５ｍｍのコイン型電池を完成した。

【００５１】〈実施例２〉負極缶として、図８及び図９
に示すように、当該負極缶底面の略中央に、断面矩形状
の突起部分が形成されているものを用いたこと以外は、
実施例１と同様にしてコイン型電池を完成した。

【００５２】〈実施例３〉負極缶として、図１０及び図
１１に示すように、当該負極缶底面と同心の円環状に突
起部分が形成されているものを用いたこと以外は、実施
例１と同様にしてコイン型電池を完成した。

【００５３】〈実施例４〉負極缶として、図１２及び図
１３に示すように、当該負極缶の底面全体が電池内部に
向けて屈曲して突起部分が形成されているものを用いた
こと以外は、実施例１と同様にしてコイン型電池を完成
した。

【００５４】〈比較例〉負極缶として、図１６及び図１
７に示すように、突起部分が形成されていないものを用
いたこと以外は、実施例１と同様にしてコイン型電池を
完成した。

【００５５】以上のようにして作製されたコイン型電池
について、重負荷放電と、１０ｍＡにおける６秒間のパ
ルス放電を行い、それぞれの特性を評価した。

【００５６】重負荷放電試験において、まず、充電は、
２３℃の環境下、５ｍＡの定電流で電池電圧が４Ｖにな
るまで２４時間行った。そして、放電は、２３℃の環境
下、１０ｍＡの放電電流で、終止電圧が２．０Ｖとなる
まで行った。

【００５７】また、パルス放電としては、６０℃の環境
下、０．０３ｍＡでの放電を１０秒間と、１０ｍＡでの
放電を６秒間とを交互に繰り返した。

【００５８】実施例１〜実施例４及び比較例の電池につ
いての、重負荷放電特性を図１８に示し、パルス放電特
性を図１９に示す。

【００５９】図１８から明らかなように、１０ｍＡ相当
のコイン型電池領域における重負荷特性連続放電におい
て、負極缶に突起部分を設けない比較例の電池に比べ
て、負極缶に突起部分を形成した実施例１〜実施例５の
電池では、放電容量が増加しており、重負荷特性が向上
していることがわかる。

【００６０】また、実施例１〜実施例４では、突起部分
の形状を様々に変えたが、いずれの場合でも本発明の効
果は得られており、特に、負極缶の略中央部に点状突起
を設けた実施例１の効果が大きいことがわかる。

【００６１】さらに、図１９から明らかなように、１０
ｍＡ、６ｓｅｃの重負荷パルス放電において、比較例の
電池では０．４Ｖの電圧降下がみられるため、終止電圧
に達する時間が速い。つまり重負荷パルス放電特性用途
では使用期間が短いことになる。しかし、実施例１〜実
施例４では、電圧降下はいずれも小さく抑えられてお
り、特に、実施例１においては、電圧降下は０．１２Ｖ
と比較例の電池の３０％程度しかないため、大幅な重負
荷使用における使用時間向上が見込めるものとなること
がわかる。

【００６２】

【発明の効果】本発明では、負極缶に突起部分を形成す
ることによって、負極缶と負極とのコンタクトがより強
固になる。これにより、負極の集電効率を高めて大電流
を取り出すことができるコイン型電池を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコイン型電池の一構成例を示す断
面図である。

【図２】本発明に係るコイン型電池の一構成例を示す平
面図である。

【図３】本発明のコイン型電池の製造方法を説明する図
であり、負極缶に負極を収納した状態を示す断面図であ
る。

【図４】本発明のコイン型電池の製造方法を説明する図
であり、負極缶に絶縁ガスケットを配した状態を示す断
面図である。

【図５】本発明のコイン型電池の製造方法を説明する図
であり、セパレータを配した状態を示す断面図である。

【図６】本発明のコイン型電池の製造方法を説明する図
であり、正極を配した状態を示す断面図である。

【図７】本発明のコイン型電池の製造方法を説明する図
であり、正極缶を配した状態を示す断面図である。

【図８】負極缶の他の一構成例を示す断面図である。

【図９】負極缶の他の一構成例を示す平面図である。

【図１０】負極缶の他の一構成例を示す断面図である。

【図１１】負極缶の他の一構成例を示す平面図である。

【図１２】負極缶の他の一構成例を示す断面図である。

【図１３】負極缶の他の一構成例を示す平面図である。

【図１４】実施例１で用いた負極缶の形状を示す断面図
である。

【図１５】実施例１で用いた負極缶の形状を示す平面図
である。

【図１６】比較例で用いた負極缶の形状を示す断面図で
ある。

【図１７】実施例１で用いた負極缶の形状を示す平面図
である。

【図１８】実施例で作製したコイン型電池について重負
荷放電特性を示す図である。

【図１９】実施例で作製したコイン型電池についてパル
ス放電特性を示す図である。

【符号の説明】

１コイン型電池、２負極、３負極缶、４
正極、５正極缶、６セパレータ、７絶縁ガス
ケット、８突起部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木賢一福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地の１株式会社ソニー・エナジー・テック内Ｆターム(参考） 5H011 AA04 BB04 CC06 DD06 KK02 KK04 5H024 AA01 AA02 AA03 BB01 BB05 BB07 CC03 DD01 DD14 EE01 FF14 FF15 FF16 FF18 FF19 HH01 HH11 5H029 AJ02 AJ06 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ03 CJ02 CJ03 CJ06 CJ08 DJ02 DJ14 EJ01 HJ01 HJ14 5H050 AA02 AA12 BA17 CA07 CA08 CA09 CB07 CB29 DA03 DA17 FA14 FA15 GA02 GA03 GA06 GA08 GA10 HA01 HA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負極缶に収容された負極と、正極缶に収容された正極と、上記負極と上記正極との間に介在される非水電解質とを
備え、上記負極缶は、電池内部に凸に形成された突起部分を有
し、当該突起部分は、負極缶内に収容された負極と接触
していることを特徴とするコイン型電池。
【請求項２】上記突起部分は、負極缶の底面の略中央
に一点状に形成されていることを特徴とする請求項１記
載のコイン型電池。
【請求項３】上記突起部分は、負極缶の底面に当該負
極缶と同心の円環状に形成されていることを特徴とする
請求項１記載のコイン型電池。
【請求項４】上記突起部分は、負極缶の底面の略全体
が電池内部に向けて屈曲することにより形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のコイン型電池。
【請求項５】上記負極は、仮焼温度の異なる２種類の
炭素原料が所定の配合比率で混合、造粒された後に、成
型されて不活性ガス又は真空中で焼結体とされてなるも
のであることを特徴とする請求項１記載のコイン型電
池。