JP2003086166A

JP2003086166A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2003086166A
Application number: JP2001279449A
Authority: JP
Inventors: Yuki Ishikawa; 祐樹石川; Hiroyuki Suzuki; 浩之鈴木; Masatsugu Ishizawa; 政嗣石澤; Osamu Watanabe; 修渡辺
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インピーダンスが低く、かつ充放電を繰り返
しても歪みが生じにくい構造の電極巻回体を実現して、
長期間にわたり大電流放電に適し、かつサイクル特性が
優れた非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】正極１と負極２とセパレータまたはポリ
マー電解質とを略長円筒形状に巻回した電極巻回体を、
金属缶からなる外装体４に収納した非水電解質二次電池
において、正極の最内周部および負極の最内周部にそれ
ぞれ導電接続のためのリード１ｃ、２ｃを取り付け、負
極のリード２ｃを少なくとも銅または銅合金を構成要素
として含む材料で構成し、かつ、正極または負極のいず
れか一方の最外周部と外装体とを導通させることによっ
て、非水電解質二次電池を構成する。上記外装体として
アルミニウム缶を用い、正極の最外周部と外装体とを導
通させることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関し、さらに詳しくは、正極と負極とセパレータま
たはポリマー電解質とを略長円筒形状に巻回した電極巻
回体を外装体に収納した非水電解質二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素質材料に代表される活物質を用いた
負極と、リチウム含有遷移金属化合物に代表される活物
質を用いた正極と、非水電解質とを有する非水電解質二
次電池においては、上記負極および正極は、銅箔、アル
ミニウム箔などの金属箔に代表される導電性基体上に、
活物質を含有する電極合剤層を形成し、さらに導電接続
のためのリードを設けたものが一般に用いられている。

【０００３】例えば、正極は、およそ１０〜３０μｍの
アルミニウム箔からなる導電性基体に、活物質を導電助
剤バインダーなどとともに溶剤でぺースト化した正極合
剤含有ぺーストを塗布し、乾燥して正極合剤層を形成す
る工程を経て作製され、負極は、およそ５〜１５μｍの
銅箔からなる導電性基体に、活物質をバインダーなどと
ともに溶剤でぺースト化した負極合剤含有ぺーストを塗
布した後、乾燥して負極合剤層を形成する工程を経て作
製されている。そして、それらの正極と負極は、セパレ
ータまたはポリマー電解質を介して巻回され、電極巻回
体とした後、非水電解質とともにステンレス鋼缶やアル
ミニウム缶などの金属缶やアルミニウムラミネートフィ
ルムなどからなる外装体内に封入され、非水電解質二次
電池が組み立てられている。

【０００４】そして、このような非水電解質二次電池に
対しても、高容量化とともに大電流での使用を可能にす
ることが要求されており、そのためには、電池の低イン
ピーダンス化が必要とされる。

【０００５】ところで、携帯電話などの電子機器で一般
に用いられている略長円筒形状の電極巻回体を金属缶か
らなる外装体に収納した非水電解質二次電池において
は、正極の最内周部および負極の最外周部にそれぞれ導
電接続のためのリードが取り付けられるか、あるいは、
正極の最外周部および負極の最内周部にそれぞれ導電接
続のためのリードが取り付けられて電極巻回体が構成さ
れている。そして、一方のリードは外装体に接続され、
もう一方のリードは出力端子に接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記リードのうち負極
のリードを少なくとも銅または銅合金を構成要素として
含む材料を用いて構成し、インピーダンスを低減させる
ことは、例えば、特開平１１−２９７３００号公報など
に開示されている。しかしながら、それのみでは電池の
インピーダンスを低減させる効果が小さい。

【０００７】また、上記構造の電極巻回体では、一方の
電極のリードが電極巻回体の最内周部近傍に存在し、他
方の電極のリードが電極巻回体の最外周部近傍に存在す
ることになるので、電極巻回体の対称性が悪くなる。そ
のため、充放電の繰り返しに伴う正極および負極の膨張
・収縮により電極巻回体に歪みが生じ、充放電を繰り返
したときに電極巻回体の一部に隙間が生じて、電池のイ
ンピーダンスが上昇し、充放電反応が不均一に進行する
ようになり、大電流放電での放電特性やサイクル特性が
低下するという問題がある。

【０００８】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決し、インピーダンスが低く、かつ、充放電を繰り
返しても歪みが生じにくい構造の電極巻回体を実現し
て、長期間にわたり大電流放電での放電特性に適し、か
つサイクル特性が優れた非水電解質二次電池を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極と負極と
セパレータまたはポリマー電解質とを略長円筒形状に巻
回した電極巻回体を、金属缶からなる外装体に収納した
非水電解質二次電池において、正極の最内周部および負
極の最内周部にそれぞれ導電接続のためのリードを取り
付け、負極のリードを少なくとも銅または銅合金を構成
要素として含む材料で構成し、かつ、正極または負極の
いずれか一方の最外周部と外装体とを導通させることに
よって、上記課題を解決を達成したものである。

【００１０】すなわち、正極の最内周部および負極の最
内周部にそれぞれ導電接続のためのリードを取り付ける
ことにより、いずれのリードも電極巻回体の最内周部近
傍に存在することになるので、電極巻回体の対称性が向
上して充放電サイクルに伴う電極巻回体の歪みの発生が
低減し、歪みによる電池のインピーダンス上昇が抑制さ
れる。その際、正極および負極のリードは、電極巻回体
の中心の空隙部分に面して設ければ、充放電サイクルに
伴う電極巻回体の歪みの発生がより低減されるので好ま
しい。

【００１１】また、負極のリードとして少なくとも銅ま
たは銅合金を構成要素として含む材料で構成したものを
用い、かつ、正極または負極のいずれか一方の最外周部
と外装体とを導通させることにより、電池のインピーダ
ンスを充分に低減することができ、大電流放電での放電
特性を向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、正極のリードお
よび負極のリードは、それぞれ、電極巻回体を構成した
際に、正極および負極の最内周部となる部分に、スポッ
ト溶接や超音波溶接などの方法により取り付けられる
が、その際、それらのリードを電極巻回体の中心の空隙
部分に面して設けるには、正極および負極の内周端近傍
に取り付けることが好ましい。また、正極のリードおよ
び負極のリードが、電極巻回体の中心をはさんでほぼ対
称となる位置にあれば、電極巻回体の対称性がより向上
して充放電サイクルに伴う電極巻回体の歪みの発生がよ
り低減されるので好ましい。

【００１３】負極のリードとしては、少なくとも銅また
は銅合金を構成要素として含む材料で構成したものが用
いられるが、その具体例を挙げると、例えば、銅、銅−
ニッケル合金などの銅合金、銅または銅合金とニッケル
またはチタンなど他の金属との複合材料などが挙げら
れ、例えば、銅とニッケルとのクラッド材などを好適に
用いることができる。

【００１４】また、正極のリードとしては、電気抵抗が
低く高電位に耐えられる金属、例えばアルミニウムで構
成したものが好適に用いられる。

【００１５】本発明では、正極または負極のいずれか一
方の最外周部と外装体とを導通させるが、その具体的な
方法としては、例えば、正極または負極の導電性基体と
外装体とを単に接触させるか、あるいは、前記導電性基
体を外装体に溶接するなどの方法を採用することができ
る。外装体と導通させる最外周部を有する電極は、最内
周部においてもリードを通じて外装体と導通するため、
負極のリードに少なくとも銅または銅合金を構成要素と
して含む材料を用いたことと相まって、電池のインピー
ダンスをより効果的に低減することができる。

【００１６】本発明においては、外装体と導通する最外
周部を有する電極は正極および負極のいずれでもよい
が、前記電極が正極である場合は、負極のリードに少な
くとも銅または銅合金を構成要素として含む材料を用い
たことによる負極の抵抗減少と、正極の最内周部および
最外周部の両方で外装体と導通させたことによる正極の
抵抗減少とがうまくバランスすることになって、より好
ましい結果が得られる。この場合、正極の導電性基体と
同じ材質のものを外装体として用いれば、正極の導電性
基体と外装体とが導通する部分での接触抵抗を低減でき
るので好ましく、通常、正極の導電性基体としてはアル
ミニウム箔が用いられることから、外装体としてはアル
ミニウム製のものを用いることが好ましい。

【００１７】上記以外の電池の構成要件は、特に特定の
ものに限定されることなく、従来から非水電解質二次電
池において採用されているものを適宜採用することがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。

【００１９】実施例１コバルト酸リチウム９２質量部とアセチレンブラック３
質量部とポリフッ化ビニリデン５質量部とをＮ−メチル
−２−ピロリドンを溶剤としてプラネタリーミキサーで
混合して正極合剤含有ぺーストを調製した。得られた正
極合剤含有ぺーストをブレードコーターにて厚さ２０μ
ｍのアルミニウム箔からなる導電性基体上に間欠塗布
し、乾燥し、プレス工程を経た後、所定サイズに切断し
て、アルミニウム箔からなる導電性基体上に正極合剤層
を有する帯状の正極を得た。ただし、この正極の長さ方
向の端部、すなわち、この正極をセパレータを介して負
極とともに巻回して電極巻回体としたときに、正極の内
周端および外周端となる部分とその近傍には、正極合剤
層が形成されずに導電性基体として用いられたアルミニ
ウム箔が露出した部分が残されており、その内周端近傍
となる部分のアルミニウム箔が露出した部分にアルミニ
ウム製のリードを超音波溶接により取り付けた。また、
この正極の上記電極巻回体において最外周部となる部分
の外面側（すなわち、アルミニウム缶などから外装体と
接触する側）には正極合剤層を形成せず、内面側（すな
わち、セパレータを介して負極と対向する側）のみ正極
合剤層を形成し、その他の部分においては導電性基体の
両面に正極合剤層を形成している。

【００２０】次に、黒鉛９２質量部とポリフッ化ビニリ
デン８質量部とをＮ−メチル−２−ピロリドンを溶剤と
してプラネタリーミキサーで混合して負極合剤含有ぺー
ストを調製した。得られた負極合剤含有ぺーストをブレ
ードコーターにて厚さ１５μｍの銅箔からなる導電性基
体上に間欠塗布し、乾燥し、プレス工程を経た後、所定
サイズに切断して、銅箔からなる導電性基体上に負極合
剤層を有するシート状の負極を得た。ただし、この負極
の長さ方向の端部、すなわち、この負極をセパレータを
介して正極とともに巻回して電極巻回体としたときに、
負極の内周端および外周端となる部分とその近傍には、
負極合剤層が形成されずに導電性基体として用いられて
いる銅箔が露出した部分が残されており、その内周端近
傍となる部分の銅箔が露出した部分に銅とニッケルとの
クラッド材製のリードを超音波溶接により取り付けた。
また、この負極の上記電極巻回体において最内周部とな
る部分の外面側（すなわち、セパレータを介して正極と
対向する側）には負極合剤層を形成しているが、内面側
（すなわち、正極と対向しない側）には負極合剤層を形
成していない。

【００２１】上記の正極および負極を、厚みが２５μｍ
のポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して
巻回し、略長円筒形状の電極巻回体を作製した。この電
極巻回体の断面の概略図を図１に示し、その最内周部お
よびその近傍部分の拡大断面図を図２に示し、その最外
周部およびその近傍部分の拡大断面図を図３に示す。ま
ず、図１から説明すると、この図１は、正極１のリード
１ｃおよび負極２のリード体２ｃの配置する位置を説明
するためのものであり、現実の電極巻回体では正極１と
負極２との間には、図２や図３に示すように、セパレー
タ３が介在しているが、この図１では繁雑化を避けるた
め簡略化してセパレータの図示を省略している。正極１
の大部分は、図２に示すように、アルミニウム箔からな
る導電性基体１ａの両面に正極合剤層１ｂが形成されて
いるが、その内周端およびその近傍では、正極合剤層が
形成されず、アルミニウム箔からなる導電性基体１ａが
露出しており、その内周端近傍のアルミニウム箔の露出
部分にアルミニウム製のリード１ｃが取り付けられてい
る。そして、正極１の外周端およびその近傍も、図３に
示すように正極合剤が形成されず、アルミニウム箔から
なる導電性基体１ａが露出するとともに、その最外周部
は内面側（すなわち、セパレータ３を介して負極と対向
する側）には、正極合剤層１ｂが形成されているが、外
面側には正極合剤層が形成されず、そのアルミニウム箔
からなる導電性基体１ａの露出した部分をアルミニウム
缶からなる外装体４の内面に接触させることにより導通
させている。なお、図２においては、正極１とセパレー
タ３との間および負極２とセパレータ３との間があいた
ように図示されているが、実際の電極巻回体では、図３
に示すように、そのような間隙はほとんどなく、電極巻
回体の中心部に空隙部分が存在するだけであり、上記の
ように間隙を設けているのは、実際には非常に厚みの薄
い部材に一定の厚みを持たせて図示する必要があること
と、部材間を密接させるとかえってわかりにくくなるか
らである。

【００２２】上記図１〜３から明らかなように、正極１
のリード１ｃおよび負極２のリード２ｃは、それぞれの
電極の最内周部に設けられていて、電極巻回体の中心の
空隙部分に面している。また、前記正極１のリード１ｃ
と負極２のリード２ｃは、互いに、電極巻回体の中心に
はさんでほぼ対称となる位置に配置されている。

【００２３】非水電解質としては、エチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートとの体積比１：２の混合溶媒
にＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるように溶解し
て液状の非水電解質を調製した。

【００２４】そして、前記電極巻回体を角形のアルミニ
ウム缶からなる外装体内に挿入し、正極のリードの端部
を前記外装体の底部に溶接し、負極のリードの端部を負
極の出力端子に溶接し、前記の非水電解質を注入した
後、外装体の封止を行って、非水電解質二次電池を作製
した。この非水電解質二次電池においては、その外装体
の内面と正極の最外周部のアルミニウム箔からなる導電
性基体とを直接接触させることにより導通させている。

【００２５】比較例１負極のリードとしてニッケル製のものを用い、正極のリ
ードの取り付けを正極の最外周部として、図４に示す略
長円筒形状の電極巻回体を作製した。ただし、この比較
例１の電極巻回体では、実施例１の電極巻回体とは異な
り、その周囲がセパレータで覆われている。そして、こ
の電極巻回体を用いた以外は、実施例１と同様に非水電
解質二次電池を作製した。なお、この図４においても、
前記図１と同様の趣旨からセパレータの図示を省略して
いるが、実際の電極巻回体においては、正極と負極との
間にセパレータが介在している。また、前記のように電
極巻回体の周囲をセパレータが覆っている。この図４で
は、上記のように、セパレータの図示を省略しているの
で、図４だけからは、正極１の導電性基体の１ａが外装
体４の内面に接触して正極１を外装体４に導通させてい
るように見えるが、正極１の導電性基体１ａと外装体４
との間にセパレータが介在していて、正極１は外装体４
に導通していない。

【００２６】そして、この比較例１の電極巻回体におい
ては、負極２のリード２ｃは最内周部に設けられ、正極
１のリード１ｃは最外周部に設けられている。これを詳
しく説明すると、負極２のリード２ｃは負極２の内周端
近傍の導電性基体２ａの露出部分に取り付けられ、正極
１のリード１ｃは正極の外周端近傍の導電性基体１ａの
露出部分に設けられている。

【００２７】また、この比較例１の電池においては、前
記のように、実施例１の電池とは異なり、電極巻回体の
周囲がセパレータで覆われているため、正極の最外周部
のアルミニウム箔からなる導電性基体は外装体とは導通
していない。

【００２８】比較例２負極のリードとして銅とニッケルとのクラッド材製のも
のを用いた以外は、比較例１と同様に非水電解質二次電
池を作製した。

【００２９】比較例３負極のリードとしてニッケル製のものを用い、電極巻回
体の周囲をセパレータで覆って、正極の最外周部のアル
ミニウム箔からなる導電性基体を外装体と導通させなか
った以外は、実施例１と同様に非水電解質二次電池を作
製した。すなわち、この比較例３の電池は、比較例１の
電池の正極のリードの取り付け位置を正極の最内周部と
したものに相当する。

【００３０】上記実施例１および比較例１〜３の各電池
に対し、１Ｃの充電レートで電池電圧が４．２Ｖに達す
るまで定電流充電を行い、その後、４．２Ｖの定電圧で
充電開始から２．５時間経過するまで定電圧充電を行う
定電流−定電圧充電と、１Ｃの放電レートで３Ｖまで放
電させる充放電を繰り返した。１サイクル目および１０
０サイクル目の充電において、充電電気量が電池の設計
容量の５０％に達した段階でいったん充電を停止し、１
ｋＨｚの交流を印加して５０％充電状態でのインピーダ
ンスを測定し、充放電サイクルに伴う電池のインピーダ
ンス変化を調べた。その結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示すように、実施例１の電池は、従
来品に相当する比較例１の電池に比べて、１サイクル
目、１００サイクル目とも、インピーダンスが小さく、
充放電を繰り返しても電池のインピーダンスの上昇が少
ないことから、長期間にわたり大電流放電に適し、かつ
サイクル特性が優れた非水電解質二次電池が得られるこ
とがわかる。これに対して、従来品に相当する比較例１
の電池は、実施例１の電池に比べて、１サイクル目、１
００サイクル目とも、インピーダンスが大きく、また、
比較例２の電池は、比較例１の電池に比べると、インピ
ーダンスが小さいものの、実施例１の電池に比べて、１
サイクル目、１００サイクル目とも、インピーダンスが
大きかった。そして、比較例３の電池は、充放電サイク
ルに伴うインピーダンスの増加は少ないものの、実施例
１の電池に比べて、１サイクル目、１００サイクル目と
も、インピーダンスが大きかった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、イン
ピーダンスが低く、かつ充放電サイクルに伴うインピー
ダンスの上昇が少なく、長期間にわたり大電流放電に適
し、かつサイクル特性が優れた非水電解質二次電池を提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解質二次電池における電極巻回
体の一例を模式的に示す断面図である。

【図２】図１に示す電極巻回体の最内周部およびその近
傍を拡大して模式的に示す断面図である。

【図３】図１に示す電極巻回体の最外周部およびその近
傍を拡大して模式的に示す断面図である。

【図４】従来の非水電解質二次電池における電極巻回体
の一例を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１正極１ａ導電性基体１ｂ正極合剤層１ｃリード２負極２ａ導電性基体２ｂ負極合剤層２ｃリード３セパレータ４外装体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石澤政嗣大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者渡辺修大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA03 CC06 5H022 AA09 CC12 CC30 EE01 5H029 AJ01 AJ05 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 DJ02 DJ05 EJ01 EJ04 EJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極とセパレータまたはポリマー
電解質とを略長円筒形状に巻回した電極巻回体を、金属
缶からなる外装体に収納した非水電解質二次電池であっ
て、正極の最内周部および負極の最内周部にそれぞれ導
電接続のためのリードが取り付けられ、負極のリードが
少なくとも銅または銅合金を構成要素として含む材料で
構成され、かつ、正極または負極のいずれか一方の最外
周部と外装体とを導通させたことを特徴とする非水電解
質二次電池。
【請求項２】外装体としてアルミニウム缶を用い、正
極の最外周部と外装体とを導通させ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。