JP2002100364A - Ｌｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池 - Google Patents
Ｌｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池Info
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高容量化した電池に適用した場合であっても、
多数回の充放電による破断、クラック等のサイクル劣化
がないとともに、放熱効果に優れ電池の熱負荷を軽減す
ることができ、かつ製品コストを低減することができる
Ｌｉイオン電池用電極材及びそれを用いたＬｉイオン電
池を提供する。 【解決手段】帯状の金属箔２の端部に、その構成金属よ
り機械的強度の大きな金属からなる金属被膜３を形成し
てなるものとする。
多数回の充放電による破断、クラック等のサイクル劣化
がないとともに、放熱効果に優れ電池の熱負荷を軽減す
ることができ、かつ製品コストを低減することができる
Ｌｉイオン電池用電極材及びそれを用いたＬｉイオン電
池を提供する。 【解決手段】帯状の金属箔２の端部に、その構成金属よ
り機械的強度の大きな金属からなる金属被膜３を形成し
てなるものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｌｉイオン電池用
電極材及びＬｉイオン電池に関し、特に、高容量化した
電池に適用した場合であっても、多数回の充放電による
破断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放熱
効果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ製
品コストを低減することができるＬｉイオン電池用電極
材及びそれを用いたＬｉイオン電池に関する。
電極材及びＬｉイオン電池に関し、特に、高容量化した
電池に適用した場合であっても、多数回の充放電による
破断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放熱
効果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ製
品コストを低減することができるＬｉイオン電池用電極
材及びそれを用いたＬｉイオン電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エネルギー密度が極めて高いリチ
ウムイオン電池が、情報通信機器等に広く用いられてい
るが、携帯型の情報通信機器の普及等にともない、より
高容量のリチウムイオン電池が強く求められている。
ウムイオン電池が、情報通信機器等に広く用いられてい
るが、携帯型の情報通信機器の普及等にともない、より
高容量のリチウムイオン電池が強く求められている。
【０００３】従来、高容量のリチウムイオン電池として
は、銅製の電極材を薄層化して電極材の電池内で占める
体積を減少させ、その減少させた体積分について電解質
の量を増大させたものが開示されている。しかし、この
リチウムイオン電池では、電極材が薄層化によって機械
的強度が低下するとともに、高容量化により充放電時の
電解質の膨張又は収縮の度合いが増大して電極材にかか
る応力が増大するため、充放電の繰り返しにより電極材
の破断、クラック等を生じるいわゆるサイクル劣化が大
きくなるという問題があった。
は、銅製の電極材を薄層化して電極材の電池内で占める
体積を減少させ、その減少させた体積分について電解質
の量を増大させたものが開示されている。しかし、この
リチウムイオン電池では、電極材が薄層化によって機械
的強度が低下するとともに、高容量化により充放電時の
電解質の膨張又は収縮の度合いが増大して電極材にかか
る応力が増大するため、充放電の繰り返しにより電極材
の破断、クラック等を生じるいわゆるサイクル劣化が大
きくなるという問題があった。
【０００４】これに対して、帯状の銅箔からなる電極材
の全域にニッケルメッキを形成したＬｉイオン電池が提
案されている（特開平０６−３１０１４７号公報）。こ
のＬｉイオン電池は、電極材の全域に銅より機械的強度
の大きなニッケルのメッキを形成するため、電極材の機
械的強度を向上させることができ、高容量化のために電
極材を薄層化した場合であってもいわゆるサイクル劣化
が小さく、多数回、充放電を繰り返しても電極材の破
断、クラック等を生じることがない優れた特性を有する
ものである。
の全域にニッケルメッキを形成したＬｉイオン電池が提
案されている（特開平０６−３１０１４７号公報）。こ
のＬｉイオン電池は、電極材の全域に銅より機械的強度
の大きなニッケルのメッキを形成するため、電極材の機
械的強度を向上させることができ、高容量化のために電
極材を薄層化した場合であってもいわゆるサイクル劣化
が小さく、多数回、充放電を繰り返しても電極材の破
断、クラック等を生じることがない優れた特性を有する
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このＬｉイオ
ン電池では、高コストのニッケルメッキを銅箔からなる
電極材の全域に形成するため、製品のコストが高くな
り、汎用電池としての利用が困難になるという問題があ
った。また、このＬｉイオン電池では、銅箔からなる電
極材の全域に放熱効果の低いニッケルメッキを施すた
め、電極材の銅箔自体は熱伝導性に優れ高い放熱効果を
有するにもかかわらず電極材が蓄熱して電池への熱負荷
を増大させてしまうという問題があった。
ン電池では、高コストのニッケルメッキを銅箔からなる
電極材の全域に形成するため、製品のコストが高くな
り、汎用電池としての利用が困難になるという問題があ
った。また、このＬｉイオン電池では、銅箔からなる電
極材の全域に放熱効果の低いニッケルメッキを施すた
め、電極材の銅箔自体は熱伝導性に優れ高い放熱効果を
有するにもかかわらず電極材が蓄熱して電池への熱負荷
を増大させてしまうという問題があった。
【０００６】従って、本発明の目的は、高容量化した電
池に適用した場合であっても、多数回の充放電による破
断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放熱効
果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ製品
コストを低減することができるＬｉイオン電池用電極材
及びそれを用いたＬｉイオン電池を提供することにあ
る。
池に適用した場合であっても、多数回の充放電による破
断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放熱効
果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ製品
コストを低減することができるＬｉイオン電池用電極材
及びそれを用いたＬｉイオン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】本発明者は、上述の課題
を解決するべく鋭意研究した結果、巻回の外周で２〜３
巻までタブ電極などの影響もあり、破断する場合がある
ことを見出し、この部分にのみ特定の金属被膜を形成す
ることにより、上記目的を達成することができることを
知見し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以
下のＬｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池を提供
するものである。
を解決するべく鋭意研究した結果、巻回の外周で２〜３
巻までタブ電極などの影響もあり、破断する場合がある
ことを見出し、この部分にのみ特定の金属被膜を形成す
ることにより、上記目的を達成することができることを
知見し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以
下のＬｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池を提供
するものである。
【０００８】［１］帯状の金属箔の端部に、その構成金
属より機械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成
してなることを特徴とするＬｉイオン電池用電極材。
属より機械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成
してなることを特徴とするＬｉイオン電池用電極材。
【０００９】［２］前記帯状の金属箔が、銅からなる前
記［１］に記載のＬｉイオン電池用電極材。
記［１］に記載のＬｉイオン電池用電極材。
【００１０】［３］前記金属被膜が、ニッケルからなる
前記［１］又は［２］に記載のＬｉイオン電池用電極材
前記［１］又は［２］に記載のＬｉイオン電池用電極材
【００１１】［４］帯状の金属箔の端部にその構成金属
より機械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成し
た電極材を、前記金属被膜を形成した金属箔の端部が巻
回開始端及び/又は巻回終了端となるようにして巻回し
てなる負電極及び正電極と、前記負電極及び/又は正電
極に形成された前記金属被膜に接合されたタブ電極とを
備えることを特徴とするＬｉイオン電池。
より機械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成し
た電極材を、前記金属被膜を形成した金属箔の端部が巻
回開始端及び/又は巻回終了端となるようにして巻回し
てなる負電極及び正電極と、前記負電極及び/又は正電
極に形成された前記金属被膜に接合されたタブ電極とを
備えることを特徴とするＬｉイオン電池。
【００１２】［５］前記タブ電極が、銅からなる前記
［４］に記載のＬｉイオン電池。
［４］に記載のＬｉイオン電池。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ具体的に説明する。
面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１４】１．Ｌｉイオン電池用電極材 図１に示すように、本発明のＬｉイオン電池用電極材１
は、帯状の金属箔２の端部に、その構成金属より機械的
強度の大きな金属からなる金属被膜３を形成してなるも
のである。金属箔２としては、放熱効果が高く電池の熱
的な負荷を減少することができるものが好ましい。負電
極用の金属箔としては、例えば、銅箔、鉄箔等を挙げる
ことができ、中でも銅箔が好ましい。正電極用の金属箔
としては、例えば、アルミ箔等を挙げることができる。
帯状の金属箔２に成形する方法としては、例えば、圧延
法、又は電解法等を挙げることができる。また、金属箔
２の厚さは、電池の高容量化の点で２μｍ以下が好まし
く、１μｍ以下がより好ましい。
は、帯状の金属箔２の端部に、その構成金属より機械的
強度の大きな金属からなる金属被膜３を形成してなるも
のである。金属箔２としては、放熱効果が高く電池の熱
的な負荷を減少することができるものが好ましい。負電
極用の金属箔としては、例えば、銅箔、鉄箔等を挙げる
ことができ、中でも銅箔が好ましい。正電極用の金属箔
としては、例えば、アルミ箔等を挙げることができる。
帯状の金属箔２に成形する方法としては、例えば、圧延
法、又は電解法等を挙げることができる。また、金属箔
２の厚さは、電池の高容量化の点で２μｍ以下が好まし
く、１μｍ以下がより好ましい。
【００１５】金属被膜３は、帯状の金属箔２の端部に、
その構成金属より引張強度等の機械的強度の大きな金属
からなる金属被膜３を形成してなるものであり、 金属
被膜３を構成する金属としては、例えば、ニッケル等を
挙げることができる。図２に示すように、帯状の金属箔
２の端部に金属被膜３を形成する方法としては、例え
ば、帯状の金属箔２の長尺方向に最終的な電極材として
の長さごとに所定幅の金属被膜３を形成し、金属被膜３
を形成した部分が金属箔２の端部となるように各切断部
１０において切断する方法等を挙げることができる。ま
た、金属被膜３を形成する方法としては、例えば、電気
メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等挙げることができる。
その構成金属より引張強度等の機械的強度の大きな金属
からなる金属被膜３を形成してなるものであり、 金属
被膜３を構成する金属としては、例えば、ニッケル等を
挙げることができる。図２に示すように、帯状の金属箔
２の端部に金属被膜３を形成する方法としては、例え
ば、帯状の金属箔２の長尺方向に最終的な電極材として
の長さごとに所定幅の金属被膜３を形成し、金属被膜３
を形成した部分が金属箔２の端部となるように各切断部
１０において切断する方法等を挙げることができる。ま
た、金属被膜３を形成する方法としては、例えば、電気
メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等挙げることができる。
【００１６】２．Ｌｉイオン電池 図３及び図５に示すように、本発明のＬｉイオン電池
は、前述した電極材を、金属被膜３を形成した金属箔の
端部が巻回開始端及び/又は巻回終了端にとなるように
巻回してなる負電極４及び正電極５と、この負電極４及
び正電極５に形成された金属被膜３に接合されたタブ電
極７とを備えるものである。すなわち、段差により充放
電時の電解質の膨張又は収縮による応力が集中する部分
を集中的に補強して、効果的に負電極４、正電極５及び
タブ電極７の機械的強度を増大させたものである。
は、前述した電極材を、金属被膜３を形成した金属箔の
端部が巻回開始端及び/又は巻回終了端にとなるように
巻回してなる負電極４及び正電極５と、この負電極４及
び正電極５に形成された金属被膜３に接合されたタブ電
極７とを備えるものである。すなわち、段差により充放
電時の電解質の膨張又は収縮による応力が集中する部分
を集中的に補強して、効果的に負電極４、正電極５及び
タブ電極７の機械的強度を増大させたものである。
【００１７】電極材は、前述したと同様にして製造する
ことができる。また、負電極４及び正電極５は、この電
極材を、金属被膜３を形成した金属箔２の端部を巻回開
始端及び/又は巻回終了端にして巻回して形成するが、
図４及び図５に示すように、通常、正電極用電極材と負
電極用電極材に活物質を塗布し、これら電極材間にセパ
レータ６を配設した状態で巻回し、断面が略円形又は略
楕円形の円筒状の電極群として形成する。
ことができる。また、負電極４及び正電極５は、この電
極材を、金属被膜３を形成した金属箔２の端部を巻回開
始端及び/又は巻回終了端にして巻回して形成するが、
図４及び図５に示すように、通常、正電極用電極材と負
電極用電極材に活物質を塗布し、これら電極材間にセパ
レータ６を配設した状態で巻回し、断面が略円形又は略
楕円形の円筒状の電極群として形成する。
【００１８】活物質としては、リチウムマンガンスピネ
ル、リチウムコバルト複合酸化物、二硫化チタン、二酸
化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、五酸化バナ
ジウム、三酸化モリブデン等の正極活物質；黒鉛等の炭
素材料、リチウムインターカレーション材料等の負極活
物質を挙げることができ、これら活物質は、例えば、結
着剤であるポリフッ化ビニリデンとＮ−メチルピロリド
ン中で混合して電極材用金属箔に塗布して用いることが
できる。また、図４に示すように、活物質８は、タブ電
極７を金属箔２の構成金属よりの機械的強度の大きな金
属からなる金属被膜３に直接接合させるために、金属被
膜３の一部には塗布しないことが好ましい。
ル、リチウムコバルト複合酸化物、二硫化チタン、二酸
化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、五酸化バナ
ジウム、三酸化モリブデン等の正極活物質；黒鉛等の炭
素材料、リチウムインターカレーション材料等の負極活
物質を挙げることができ、これら活物質は、例えば、結
着剤であるポリフッ化ビニリデンとＮ−メチルピロリド
ン中で混合して電極材用金属箔に塗布して用いることが
できる。また、図４に示すように、活物質８は、タブ電
極７を金属箔２の構成金属よりの機械的強度の大きな金
属からなる金属被膜３に直接接合させるために、金属被
膜３の一部には塗布しないことが好ましい。
【００１９】タブ電極７は、段差により充放電時の電池
の膨張又は収縮による応力が集中する部分を集中的に補
強する点から負電極４及び正電極５に形成された金属被
膜３に接合される。タブ電極７を形成する材料として
は、ニッケル等機械的強度の大きな金属である必要はな
く、例えば、銅、鉄等であってもよい。中でも、放熱効
果が高く電池の熱的な負荷を減少できるとともに抵抗が
小さく電気伝導性が大きな銅が好ましい。
の膨張又は収縮による応力が集中する部分を集中的に補
強する点から負電極４及び正電極５に形成された金属被
膜３に接合される。タブ電極７を形成する材料として
は、ニッケル等機械的強度の大きな金属である必要はな
く、例えば、銅、鉄等であってもよい。中でも、放熱効
果が高く電池の熱的な負荷を減少できるとともに抵抗が
小さく電気伝導性が大きな銅が好ましい。
【００２０】なお、通常、電池内部には電解質が注入さ
れるが、電解質としては、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、Ｌ
ｉＣＦ3、ＳＯ3、及びＬｉＢＦ4からなる群から選ばれ
る少なくとも１種を含むものを、例えば、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
ト等の環状エステル類、又はテトラヒドロフラン、ジオ
キソフラン等のエーテル類等で溶解したもの等を挙げる
ことができる。また、ポリエチレンオキサイド等の固体
電解質を用いることもできる。
れるが、電解質としては、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、Ｌ
ｉＣＦ3、ＳＯ3、及びＬｉＢＦ4からなる群から選ばれ
る少なくとも１種を含むものを、例えば、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
ト等の環状エステル類、又はテトラヒドロフラン、ジオ
キソフラン等のエーテル類等で溶解したもの等を挙げる
ことができる。また、ポリエチレンオキサイド等の固体
電解質を用いることもできる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例によって何等限定されるも
のではない。
るが、本発明はこれら実施例によって何等限定されるも
のではない。
【００２２】実施例１ まず、幅６００ｍｍ、長さ数ｍの銅箔を圧延法で形成し
た。次いで、この銅箔の長尺方向に５００ｍｍ間隔で幅
５０ｍｍ、厚さ１μｍのニッケルメッキをＣＶＤ法によ
り形成した。次いで、ニッケルメッキを形成した銅箔に
活物質であるリチウムインターカレーション材料を塗布
した。この際には、ニッケルメッキを形成した範囲の幅
１０ｍｍの部分は、活物質を塗布しなかった。次いで、
活物質を塗布しなかったニッケルメッキの部分に銅製の
タブ電極をスポット溶接し、タブ電極を接合した負極用
電極材を得た。これと同様にして、アルミ箔にニッケル
メッキを形成し、活物質であるリチウムマンガンスピネ
ルを塗布され、タブ電極が接合されている正極用電極材
を得た。得られた負極用電極材及び正極用電極材の間に
同じ大きさのリチウムイオン選択透過性の多孔を有する
セパレータを配設し、これらをまとめて巻回した。この
際、巻回終了端がニッケルメッキ形成部分となるように
するとともに、ニッケルメッキ形成部分及びタブ電極が
外側に位置するようにした。最後に、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と
を体積比２：２：１の割合で混合した溶媒にＬｉＰＦ6
を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した電解質溶液を注入し、
電池容器を封止してＬｉイオン電池を得た。得られたＬ
ｉイオン電池について充放電を繰り返したところ極めて
サイクル劣化が小さいことが認められた。
た。次いで、この銅箔の長尺方向に５００ｍｍ間隔で幅
５０ｍｍ、厚さ１μｍのニッケルメッキをＣＶＤ法によ
り形成した。次いで、ニッケルメッキを形成した銅箔に
活物質であるリチウムインターカレーション材料を塗布
した。この際には、ニッケルメッキを形成した範囲の幅
１０ｍｍの部分は、活物質を塗布しなかった。次いで、
活物質を塗布しなかったニッケルメッキの部分に銅製の
タブ電極をスポット溶接し、タブ電極を接合した負極用
電極材を得た。これと同様にして、アルミ箔にニッケル
メッキを形成し、活物質であるリチウムマンガンスピネ
ルを塗布され、タブ電極が接合されている正極用電極材
を得た。得られた負極用電極材及び正極用電極材の間に
同じ大きさのリチウムイオン選択透過性の多孔を有する
セパレータを配設し、これらをまとめて巻回した。この
際、巻回終了端がニッケルメッキ形成部分となるように
するとともに、ニッケルメッキ形成部分及びタブ電極が
外側に位置するようにした。最後に、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と
を体積比２：２：１の割合で混合した溶媒にＬｉＰＦ6
を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した電解質溶液を注入し、
電池容器を封止してＬｉイオン電池を得た。得られたＬ
ｉイオン電池について充放電を繰り返したところ極めて
サイクル劣化が小さいことが認められた。
【００２３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のＬｉイオン
電池用電極材及びＬｉイオン電池によると、高容量化し
た電池に適用した場合であっても、多数回の充放電によ
る破断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放
熱効果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ
製品コストを低減することができるＬｉイオン電池用電
極材及びそれを用いたＬｉイオン電池を提供することが
できる。
電池用電極材及びＬｉイオン電池によると、高容量化し
た電池に適用した場合であっても、多数回の充放電によ
る破断、クラック等のサイクル劣化がないとともに、放
熱効果に優れ電池の熱負荷を軽減することができ、かつ
製品コストを低減することができるＬｉイオン電池用電
極材及びそれを用いたＬｉイオン電池を提供することが
できる。
【図１】本発明のＬｉイオン電池用電極材の一の実施の
形態を模式的に示す説明図である。
形態を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明のＬｉイオン電池用電極材を連続的に製
造する方法の一例を模式的に示す説明図である。
造する方法の一例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明のＬｉイオン電池の一の実施の形態を模
式的に示す説明図である。
式的に示す説明図である。
【図４】本発明のＬｉイオン電池に用いる電極材及びタ
ブ電極の電極材を巻回する前の状態を模式的に示す説明
図である。
ブ電極の電極材を巻回する前の状態を模式的に示す説明
図である。
【図５】本発明のＬｉイオン電池に用いる電極材及びタ
ブ電極の電極材を巻回している状態を模式的に示す説明
図である。 １：電極材 ２：金属箔 ３：金属被膜 ４：負電極 ５：正電極 ６：セパレータ ７：タブ電極 ８：活物質 １０：切断部 １１：活物質未塗布部 １２：金属皮膜形成部 １３：活物質塗布部
ブ電極の電極材を巻回している状態を模式的に示す説明
図である。 １：電極材 ２：金属箔 ３：金属被膜 ４：負電極 ５：正電極 ６：セパレータ ７：タブ電極 ８：活物質 １０：切断部 １１：活物質未塗布部 １２：金属皮膜形成部 １３：活物質塗布部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS10 BB11 CC01 EE01 EE04 5H022 AA09 AA18 BB11 CC23 CC30 EE01 EE03 5H029 AJ05 AJ11 AK03 AL06 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ07 DJ05 DJ07 DJ12 HJ12
Claims (5)
- 【請求項１】帯状の金属箔の端部に、その構成金属より
機械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成してな
ることを特徴とするＬｉイオン電池用電極材。 - 【請求項２】前記帯状の金属箔が、銅からなる請求項１
に記載のＬｉイオン電池用電極材 - 【請求項３】前記金属被膜が、ニッケルからなる請求項
１又は２に記載のＬｉイオン電池用電極材 - 【請求項４】帯状の金属箔の端部にその構成金属より機
械的強度の大きな金属からなる金属被膜を形成した電極
材を、前記金属被膜を形成した金属箔の端部が巻回開始
端及び/又は巻回終了端となるようにして巻回してなる
負電極及び正電極と、 前記負電極及び/又は正電極に形成された前記金属被膜
に接合されたタブ電極とを備えることを特徴とするＬｉ
イオン電池。 - 【請求項５】前記タブ電極が、銅からなる請求項４に記
載のＬｉイオン電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000285061A JP4360022B2 (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | Ｌｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000285061A JP4360022B2 (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | Ｌｉイオン電池用電極材及びＬｉイオン電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002100364A true JP2002100364A (ja) | 2002-04-05 |
| JP4360022B2 JP4360022B2 (ja) | 2009-11-11 |
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