JP2008159314A - Lithium ion occlusion/release type organic electrolyte storage battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池に関し、とくに、リチウムイオンもしくはアニオンを可逆的に担持可能な正極電極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極電極と、リチウム塩を含む非水電解液を用いて、充放電の可逆動作を行わせるようにしたものに関する。 The present invention relates to a lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery, and in particular, a positive electrode capable of reversibly carrying lithium ions or anions, a negative electrode capable of storing and releasing lithium ions, and a non-lithium containing a lithium salt. The present invention relates to a reversible charge / discharge operation using a water electrolyte.
近年、電子機器は高性能化により、小型の機器でも取り扱うデータ量が飛躍的に増大している。これにともない、そのデータを停電から保護するために、小型の無停電電源装置の必要性が増している。 In recent years, electronic devices have dramatically increased the amount of data handled by small devices due to high performance. Along with this, the need for a small uninterruptible power supply is increasing in order to protect the data from a power failure.
無停電電源装置は、従来から鉛蓄電池を用いるものが提供されているが、鉛を使うことから環境問題や重量が重い等の問題により、その使用が見直されようとしている。 近年は、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の登場により、たとえば携帯データ端末などの小型機器にも内蔵が可能な無停電電源装置が商品化されるようになった。 As the uninterruptible power supply, one using a lead storage battery has been conventionally provided. However, since lead is used, the use of the uninterruptible power supply is being reviewed due to problems such as environmental problems and heavy weight. In recent years, with the advent of lithium-ion secondary batteries with high energy density, uninterruptible power supplies that can be built into small devices such as portable data terminals have been commercialized.
リチウムイオン二次電池は、コバルトなどの遷移金属とリチウムの複合酸化物(たとえば、コバルト酸リチウム)を用いた正極電極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極電極と、リチウム塩を含む非水電解液とを用いて構成され、電解液を介して行われる正極電極と負極電極間でのリチウムイオンのやりとりによって充放電の可逆動作が行われる。 A lithium ion secondary battery includes a positive electrode using a composite oxide of lithium and a transition metal such as cobalt (for example, lithium cobaltate), a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and a lithium salt. A reversible operation of charge / discharge is performed by exchanging lithium ions between a positive electrode and a negative electrode, which is configured using a water electrolyte and performed via the electrolyte.
しかし、上記リチウムイオン二次電池は充放電を繰り返すうちに特性が劣化する性質があって、充放電可能なサイクル数に制限があった。つまり、充放電サイクル特性が良くないという問題があった。これは、鉛蓄電池等を含む二次電池に共通する問題でもあるが、このことにより、この種の二次電池を利用した無停電電源システムでは、その二次電池の点検や交換等のメンテナンスを定期的(あるいは高頻度)に行う必要があった。 However, the lithium ion secondary battery has a property that the characteristics deteriorate as it is repeatedly charged and discharged, and the number of cycles that can be charged and discharged is limited. That is, there is a problem that the charge / discharge cycle characteristics are not good. This is also a problem common to secondary batteries including lead-acid batteries, etc., but this makes it possible to perform maintenance such as inspection and replacement of secondary batteries in an uninterruptible power supply system using this type of secondary battery. It had to be done regularly (or frequently).
無停電電源の方式には、充電と放電を切り替えて行う方式と、充電と放電を並行して行う浮動充電(フローティング充電)の方式があるが、どちらの方式も上記メンテナンスの必要性はあった。 There are two types of uninterruptible power systems: charging and discharging, and floating charging (floating charging) that performs charging and discharging in parallel. .
また近年は、環境負荷の小さなクリーンエネルギー源として、風力発電や太陽電池などが注目されているが、これらから供給される電力は、風や日照などの自然条件に左右されて不安定なため、そのままでは電力としての利用価値が低い。 In recent years, wind power generation and solar cells have attracted attention as a clean energy source with a small environmental load, but the power supplied from these sources is unstable depending on natural conditions such as wind and sunshine. As it is, the utility value as electric power is low.
この不安定な電力をいったん蓄え、いつでも必要に応じて放出させることができれば、同じエネルギー量でも利用価値の高い電力とすることができる。このためには、電力を随時放出可能に蓄えることができる蓄電手段が必要となる。 If this unstable electric power can be stored once and released at any time as needed, it is possible to obtain electric power with high utility value even with the same amount of energy. For this purpose, power storage means capable of storing electric power so that it can be released at any time is required.
この蓄電手段には、メンテナンス負担が大きい上記リチウムイオン二次電池ではなく、充放電サイクル特性が良好でメンテナンスが不要な電気二重層キャパシタが適している。しかし、電気二重層キャパシタは、キャパシタとしては非常に大きな容量(静電容量)を持つことができるが、充放電可能な電気容量は上記リチウムイオン二次電池に比べて、かなり見劣りする。 An electrical double layer capacitor that has good charge / discharge cycle characteristics and does not require maintenance is suitable for the power storage means, not the lithium ion secondary battery that places a heavy maintenance burden. However, the electric double layer capacitor can have a very large capacity (capacitance) as a capacitor, but the chargeable / dischargeable capacity is considerably inferior to that of the lithium ion secondary battery.
そこで、電気二重層キャパシタとリチウムイオン二次電池を折衷させたような構成を有するリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池が提案されている。この蓄電池は、アニオンの吸蔵・放出が可能な正極電極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極電極と、リチウム塩を含む非水電解液を用いて構成される(特許文献1,2参照)。
Therefore, a lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery having a configuration in which an electric double layer capacitor and a lithium ion secondary battery are compromised has been proposed. This storage battery is configured using a positive electrode capable of occluding and releasing anions, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt (see
上記リチウムイオン二次電池では正極電極にリチウムを含む複合酸化物を用いていたが、上記リチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池では正極電極に黒鉛や活性炭などの炭素材料を用いる。その正極電極でのアニオンの吸蔵・放出と、負極電極でのリチウムイオンの吸蔵・放出とによって充放電の可逆動作が行われる。 In the lithium ion secondary battery, a composite oxide containing lithium is used for the positive electrode, but in the lithium ion storage / release organic electrolyte storage battery, a carbon material such as graphite or activated carbon is used for the positive electrode. The reversible operation of charging / discharging is performed by occlusion / release of anions at the positive electrode and occlusion / release of lithium ions at the negative electrode.
このリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池は、上記リチウムイオン二次電池と上記電気二重層キャパシタがそれぞれに有する利点を兼ね備えたような性質を有する。すなわち、充放電サイクル特性は上記リチウムイオン二次電池よりも各段にすぐれ、充放電容量(充放電可能な電気容量)は上記電気二重層キャパシタよりも各段に大きい、といった利点がある。 This lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery has such properties that the lithium ion secondary battery and the electric double layer capacitor have the respective advantages. That is, the charge / discharge cycle characteristics are superior to each stage as compared with the lithium ion secondary battery, and the charge / discharge capacity (capacity capable of being charged / discharged) is greater than each stage of the electric double layer capacitor.
このリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池は、高性能の二次電池としても好適に利用できるのはもちろんであるが、上記無停電電源システムに利用すれば、小型化および高性能化とともに、メンテナンスフリーの無停電電源装置を実現させることができる。 This lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery can be suitably used as a high-performance secondary battery. A free uninterruptible power supply can be realized.
上記リチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池では、負極電極にあらかじめリチウムイオンを吸蔵させることにより、充放電の可逆プロセスをクーロン効率の高い領域で行わせることができるようになる。つまり、負極電極にリチウムイオンを予備吸蔵させることよって充放電の容量および効率を高めることができる。 In the lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery, it is possible to perform a reversible charge / discharge process in a region having high Coulomb efficiency by previously storing lithium ions in the negative electrode. That is, the capacity and efficiency of charge / discharge can be increased by preliminarily storing lithium ions in the negative electrode.
また、上記予備吸蔵を行っていないリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池では、高温(たとえば60℃)で浮動充電を行ったときに、負極および正極の電位が上昇して電解液の分解反応が引き起こされる。電解液が分解してガス発生が起きると、素子内圧が異常上昇して液漏れや容器変形等のトラブルが生じる。 In addition, in the lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery that has not been preliminarily stored, when the floating charge is performed at a high temperature (for example, 60 ° C.), the potential of the negative electrode and the positive electrode rises and the electrolytic solution decomposes. Is caused. When the electrolyte is decomposed and gas is generated, the internal pressure of the element rises abnormally, causing troubles such as liquid leakage and container deformation.
しかし、上記予備吸蔵を行うことにより、負極電位をリチウム電位とほぼ同電位に固定して正極電位の上昇を抑えることができる。これにより、上記分解反応を抑制して電池の安全性を確保することができる。 However, by performing the pre-occlusion, the negative electrode potential can be fixed at substantially the same potential as the lithium potential, and an increase in the positive electrode potential can be suppressed. Thereby, the said decomposition reaction can be suppressed and the safety | security of a battery can be ensured.
この予備吸蔵は、正極電極と負極電極とセパレータからなる電極体が電解液とともに収容された素子容器内にリチウム金属を設置し、これを負極電極と電気接続(短絡)させることによって行わせることができる。負極電極に電気接続されたリチウム金属は非水電解液中にリチウムイオンとなって溶出した後、負極電極に移動して吸蔵される。
本発明者等は、矩形シート状の正極部と負極部を、間にセパレータを介在させながら積層してなる積層電極体を用いたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池において、上述した予備吸蔵を行わせることを検討した。 In the lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery using a laminated electrode body in which a positive electrode part and a negative electrode part in a rectangular sheet shape are stacked with a separator interposed therebetween, the present inventors perform the above-described preliminary storage. We examined what to do.
このタイプのリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池では、予備吸蔵用リチウム金属を設置する構成として、
(1)積層電極体に組立てられる前のシート状負極部にあらかじめリチウム金属箔を積層する、
(2)負極用集電体に穴をあけて、その穴の上下にリチウム金属を貼り付ける、
などの構成が提案されている。
In this type of lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery, as a configuration to install a pre-storage lithium metal,
(1) A lithium metal foil is laminated in advance on the sheet-like negative electrode before being assembled into the laminated electrode body.
(2) Open a hole in the negative electrode current collector, and paste lithium metal on the top and bottom of the hole.
Such a configuration has been proposed.
(1)の構成では、それ以後の工程がすべて、そのリチウム金属が反応しないような特別な対策が必要となって、生産性が著しく阻害されてしまう、という問題が生じる。
リチウム金属は反応性が高く、その取り扱いには特別の注意を要する。とくに、箔状に薄く展開された状態のリチウム金属は反応しやすく、工程中に発火する恐れが大きい。このため、リチウム金属を設置した後の工程では、雰囲気制御や防護のシステムなど、大掛かりで費用のかかる装置や設備が必要となる。
In the configuration of (1), a special measure is required so that all the subsequent processes do not react with the lithium metal, resulting in a problem that productivity is significantly hindered.
Lithium metal is highly reactive and requires special care when handling it. In particular, lithium metal in a thin foil-like state is easy to react and is likely to ignite during the process. For this reason, in the process after installing the lithium metal, large-scale and expensive apparatuses and facilities such as an atmosphere control system and a protection system are required.
(2)の構成では、上記問題に加えて、集電体に穴をあけることで集電効率が低下し、内部抵抗を低減させるという集電体本来の機能が阻害されてしまう、という問題が生じる。 In the configuration of (2), in addition to the above problem, there is a problem that the current collector's original function of reducing the internal resistance is impaired by reducing the current collection efficiency by making a hole in the current collector. Arise.
また、(1)(2)の構成はいずれも、リチウム金属が積層電極体の層間に挟み込まれて設置されるが、この状態で設置されたリチウム金属は電解液への溶出が必ずしも円滑でなく、吸蔵に時間がかかるとともに、吸蔵が不均一になりやすい、という問題もあった。 In addition, in both configurations (1) and (2), lithium metal is sandwiched between the layers of the laminated electrode body, and the lithium metal placed in this state does not necessarily elute smoothly into the electrolyte. In addition, it takes time to occlude, and the occlusion tends to be uneven.
本発明は、以上のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、矩形シート状の正極部と負極部を、間にセパレータを介在させながら積層してなる積層電極体を用いたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池において、負極電極へのリチウムイオンの予備吸蔵を円滑に行わせることができるとともに、生産工程にてリチウム金属を扱う工程あるいはその頻度の低減を可能にして生産性を高めたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a laminated electrode body in which a rectangular sheet-like positive electrode portion and a negative electrode portion are laminated with a separator interposed therebetween. In lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery, it is possible to smoothly store lithium ions in the negative electrode, and to reduce the frequency or frequency of handling lithium metal in the production process. An object of the present invention is to provide a lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery having an improved battery.
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Other objects and configurations of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。
(1)リチウムイオンもしくはアニオンを可逆的に担持可能な正極電極がシート状正極用集電体上に形成された矩形シート状正極部と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極電極がシート状負極用集電体上に形成された矩形シート状負極部が、間にセパレータを介在させながら交互に積層された積層電極体と、上記正極用集電体と上記負極用集電体にそれぞれ接続される外部端子とを備えたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池であって、
上記負極用集電体の少なくとも一辺が上記積層電極体の側方へ張り出し、この張り出し部に沿って、上記負極電極にリチウムイオンを予備吸蔵させるためのリチウム金属が、上記負極電極と導通状態で設置されていることを特徴とするリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池。
The solution provided by the present invention is as follows.
(1) A rectangular sheet-like positive electrode part in which a positive electrode capable of reversibly carrying lithium ions or anions is formed on a sheet-like positive electrode current collector, and a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions are in a sheet form A rectangular sheet-shaped negative electrode portion formed on the negative electrode current collector is connected to each of the stacked electrode body alternately stacked with a separator interposed therebetween, and the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. A lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery having an external terminal,
At least one side of the current collector for the negative electrode projects to the side of the laminated electrode body, and along this projecting portion, lithium metal for preliminarily occluding lithium ions in the negative electrode is in conduction with the negative electrode. Lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery characterized by being installed.
(2)上記手段(1)において、上記リチウム金属は、上記積層電極体を形成する複数の負極用集電体のうち、最上層または最下層に位置する負極用集電体の少なくとも一辺からの張り出し部に沿って設置されていることを特徴とするリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池。 (2) In the above means (1), the lithium metal is from at least one side of the negative electrode current collector located in the uppermost layer or the lowermost layer among the plurality of negative electrode current collectors forming the laminated electrode body. A lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery characterized by being installed along an overhanging portion.
(3)上記手段(1)において、上記リチウム金属は、上記積層電極体を形成する複数の負極用集電体をそれぞれ上記外部端子に接続する導体部間に挿入され、上記負極電極と導通状態で設置されていることを特徴とするリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池。 (3) In the above means (1), the lithium metal is inserted between the conductor portions connecting the plurality of negative electrode current collectors forming the laminated electrode body to the external terminals, and is in conduction with the negative electrode. Lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery characterized by being installed in
(4)上記手段(1)〜(3)のいずれかにおいて、各正極部の両面に位置する2枚のセパレータが少なくとも上記リチウム金属の設置側辺にて互いに接着され、上記正極部の縁端部を包み込んでいることを特徴とするリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池。 (4) In any one of the above means (1) to (3), two separators located on both surfaces of each positive electrode part are bonded to each other at least on the installation side of the lithium metal, and the edge of the positive electrode part Lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery characterized by enclosing a part.
矩形シート状の正極部と負極部を、セパレータを介在させながら積層してなる積層電極体を用いたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池において、負極電極へのリチウムイオンの予備吸蔵を円滑に行わせることができるとともに、生産工程にてリチウム金属を扱う工程あるいはその頻度の低減を可能にして、生産性を高めることができる。 Smooth pre-occlusion of lithium ions into the negative electrode in a lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery using a laminated electrode body in which a positive electrode part and a negative electrode part of a rectangular sheet are laminated with a separator interposed In addition, it is possible to reduce the frequency or frequency of handling lithium metal in the production process, thereby increasing productivity.
上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。 Operations / effects other than those described above will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
図1は、本発明の技術が適用されたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池の第1実施形態を示す。同図において、(a)は素子の要部を示す平面図、(b)はそのA−A断面図、(c)はその断面図の一部を厚み誇張して示す断面図である。 FIG. 1 shows a first embodiment of a lithium ion storage / release organic electrolyte storage battery to which the technology of the present invention is applied. In the same figure, (a) is a plan view showing the main part of the element, (b) is a cross-sectional view taken along the line AA, and (c) is a cross-sectional view showing a part of the cross-sectional view with an exaggerated thickness.
同図に示すリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池は、リチウムイオン二次電池または高容量キャパシタとしても利用可能な蓄電池であって、まず、矩形平型に形成された積層電極体20をラミネートフィルム等からなる素子容器10に非水電解液(図示省略)とともに収容した構成を有する。
素子容器10には、ラミネートフィルム等の気密性軟包装材を融着等により矩形袋状に加工したソフト容器が使用されている。この素子容器10は、積層電極体20が非水電解液とともに収容された後の最終工程段階で気密封口される。
The lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery shown in the figure is a storage battery that can also be used as a lithium ion secondary battery or a high-capacity capacitor. First, a
As the
積層電極体20は、矩形シート状の正極部21と負極部23を、間にセパレータ22を介在させながら交互に積層することにより作製される。
The
正極部21は、リチウムイオンもしくはアニオンを可逆的に担持可能な炭素材料を用いた正極電極211が、金属箔(Al)からなるシート状集電体212の両面に塗布等により層状に付着されて、全体がシート状に形成されている。同様に、負極部23は、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極電極231が金属箔(Cu)からなるシート状集電体232の両面に塗布等により層状に付着されて、全体がシート状に形成されている。
In the
集電体212,232は非水電解液に対して不活性の良導体であれば、その形態はとくに限定されず、たとえば金属ネットなども使用可能であるが、積層電極体20の容積効率や電極物質(正極と負極)の充填効率などを考慮した場合、金属箔の使用がとくに好ましい。また、材質については、正極用集電体212にアルミニウム(Al)を使用し、負極用集電体232に銅(Cu)を使用するとよい。
The
正極電極211は充電時に電解液中のアニオンを吸蔵し、放電時にそれを放出する。負極電極231は充電時に電解液中のリチウムイオン(カチオン)を吸蔵し、放電時にそれを放出する。このアニオンとリチウムイオンの可逆的な吸蔵・放出により、充放電の可逆動作が行われるようになっている。
The
正極電極211および負極電極231の材料としては炭素材料が適し、とくに、正極電極211は黒鉛質材料、負極電極231は難黒鉛化炭素質材料がそれぞれ好適である。
A carbon material is suitable as the material of the
積層電極体20は積層面が長方形に形成されていて、その長手方向の両側に外部引出し導体すなわち外部端子31,33が配置されている。
The
外部端子31,33は金属薄板からなり、素子容器10の内側と外側に跨って設置されることにより蓄電池(リチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池)の外部電極端子をなす。図示の例では左側の外部端子31が正極端子となり、右側の外部端子33が負極端子となる。この外部端子31,33と素子容器10の間は熱融着等により気密が保たれている。
The
積層電極体20には複数の正極部21と負極部23がセパレータ22とともに交互に積層されているが、各正極部21の集電体212はそれぞれ積層電極体20の一方(左方)の長手方向へはみ出して延設され、その延設部(長手方向張り出し部)212bの先端部が容器10内で一方の外部端子(正極端子)31に接続されている。
A plurality of
同様に、各負極部23の集電体232はそれぞれ積層電極体20の他方(右方)の長手方向へはみ出して延設され、その延設部(長手方向張出し部)232bの先端部が容器10内で他方の外部端子(負極端子)33に接続されている。
Similarly, the
上記構成に加えて、図1に示す実施形態では、積層電極体20を形成する複数のシート状負極用集電体232のうち、最下層(または最上層)に位置するシート状負極用集電体232の長辺となる一辺が積層電極体20の側方へ張り出している。そして、その張出し部232aに沿って、上記負極電極231にリチウムイオンを予備吸蔵させるためのリチウム金属41が貼着・設置されている。このリチウム金属41は帯状あるいはリボン状であって、上記張出し部232aに貼着されることにより負極電極231と導通状態を形成している。
In addition to the above configuration, in the embodiment shown in FIG. 1, among the plurality of sheet-like negative electrode
ここで注目すべきことは、リチウム金属41が貼着される作業個所すなわち上記張出し部232aが積層電極体20の側方へ張り出していることにより、その貼着作業を積層電極体20の形成後に簡単かつ迅速に行えることである。
What should be noted here is that the work place where the lithium metal 41 is stuck, that is, the overhanging portion 232a projects to the side of the
これにより、リチウム金属41を扱うのは生産工程の最後の方でよく、それよりも前の工程ではリチウム金属を扱う必要がない。したがって、積層電極体20の作製も、リチウム金属を扱うことで派生する諸問題を回避して、低コストかつ高効率に行うことができる。
As a result, the lithium metal 41 may be handled at the end of the production process, and it is not necessary to handle lithium metal in the previous process. Therefore, the production of the
積層電極体20は、リチウム金属41を設置した後、ただちに素子容器10に収容することができる。この後は、非水電解液の注液および素子容器10の密閉封止が行われるが、これらの工程はリチウム金属41を素子容器10内に閉じ込めた状態で行うことができるので、リチウム金属を扱うための大掛かりな設備や装置はそれほど必要としない。
The
このように、上述した本発明の実施形態では、生産工程にてリチウム金属を扱う工程および頻度をそれぞれ低減させて生産性を高めることができる。 Thus, in the embodiment of the present invention described above, productivity and productivity can be improved by reducing the frequency and frequency of handling lithium metal in the production process.
一方、負極用集電体232の張出し部232aに貼着されたリチウム金属41は、非水電解液にリチウムイオンとして溶出するが、このリチウムイオンは積層電極体20の積層端面から各層のセパレータ22に沿って負極電極231の各部に短時間で達することができる。これにより、負極電極231の各部にリチウムイオンを円滑かつ均一に予備吸蔵させることができる。
On the other hand, the lithium metal 41 adhered to the protruding portion 232a of the negative electrode
また、図示の実施形態では、各正極部21の両面に位置する2枚のセパレータ22がそれぞれ、上記リチウム金属41の設置側辺にて互いに接着させられている。この接着部221は熱融着等により形成されている。これにより、セパレータ22が、リチウム金属41の設置側辺にて、正極部21の縁端部を包み込んでいる。
In the illustrated embodiment, the two
このような構成を備えることにより、負極電極231に電気接続しているリチウム金属41が正極側と導電接触することを確実に回避させることができる。これにより、リチウム金属41の設置を安全に行うことができるとともに、その設置の作業性を大幅に向上させることができる。
By providing such a configuration, it is possible to reliably avoid the lithium metal 41 electrically connected to the
また、これにより、リチウム金属41を積層電極体20の端面に接近して設置できるようになるので、そのリチウム金属41から溶出したリチウムイオンの負極電極231への吸蔵をさらに円滑にする効果も得られる。
This also allows the lithium metal 41 to be installed close to the end face of the
セパレータ22が正極部21の縁端部を包み込む構成は、2枚のセパレータの端部を接着する以外に、1枚のセパレータの折り返し、いわゆる袋とじによっても形成することができる。しかし、生産工程の効率化のためには、セパレータを折り返すよりも、2枚のセパレータの端部を熱融着等で接着する方が好都合である。
The structure in which the
さらに、図示の実施形態では、上記リチウム金属41が積層電極体20の長辺側に配設されているが、これにより、そのリチウム金属41から溶出したリチウムイオンが負極電極231の各部に達するまでの平均移動距離を短縮して、その負極電極231への予備吸蔵を一層円滑かつ均一に行わせることができる。
Further, in the illustrated embodiment, the lithium metal 41 is disposed on the long side of the
図2は、本発明の技術が適用されたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池の第2実施形態を示す。同図において、(a)は素子の要部を示す平面図、(b)はそのB−B断面を厚み誇張して示す断面図である。 FIG. 2 shows a second embodiment of a lithium ion storage / release organic electrolyte storage battery to which the technology of the present invention is applied. In the same figure, (a) is a plan view showing the main part of the element, and (b) is a cross-sectional view showing the BB cross section with exaggerated thickness.
上述した第1実施形態との相違点に着目して説明すると、第1実施形態では、リチウム金属41が、正極部21および負極部23の各集電体212,232が外部端子31,33に接続される側辺とは別の側辺に沿って設置されていた。この設置位置はリチウム金属41の貼着作業性が良いという利点があるが、その代わり、その貼着作業が簡単に行える張出し部232aは1面だけである。
If it demonstrates paying attention to a difference with 1st Embodiment mentioned above, in 1st Embodiment, the lithium metal 41 will each current collector 212,232 of the
これに対し、図2に示す第2実施形態では、リチウム金属41が、上記積層電極体20を形成する複数の負極用集電体232をそれぞれ上記外部端子33に接続する導体部間に挿入され、この状態で上記負極電極231と導通状態で設置されている。
On the other hand, in the second embodiment shown in FIG. 2, the lithium metal 41 is inserted between the conductor portions that respectively connect the plurality of negative electrode
すなわち、同図に示すように、正極部21と負極部23の各集電体212,232はそれぞれ、積層電極体20の側方へ延設されてその延設部212b,232bの先端部が外部端子31,33に接続されているが、その負極側の延設部232bの間に予備吸蔵用のリチウム金属41が介挿されている。この延設部232bは前記張出し部232aに相当する導体部であって、この導体部間にリチウム金属41を介挿させることができるスペースが複数形成される。リチウム金属41はその複数のスペースにそれぞれ挿入することができる。
That is, as shown in the figure, the
この実施形態では、延設部232bの間に複数のリチウム金属41を設置することができる。各リチウム金属41からはそれぞれリチウムイオンが溶出するが、このリチウムイオンは積層電極体20の端面から各層の負極電極231へ円滑かつ均一に拡散して吸蔵される。
In this embodiment, a plurality of lithium metals 41 can be installed between the extending portions 232b. Each lithium metal 41 elutes lithium ions, and the lithium ions are smoothly and uniformly diffused and stored from the end face of the
さらに、ここで注目すべきことは、図3に示すように、リチウム金属41の設置は、積層電極体20を素子容器10に収容した後でも行えることである。すなわち、素子容器10に収容された積層電極体20に対し、容器10の外から上記延設部232bの間に線状あるいはリード状のリチウム金属41を挿入することにより、リチウム金属41を積層電極体20の積層端面に沿う複数個所に設置することができる。
Furthermore, it should be noted that the lithium metal 41 can be installed even after the
これにより、リチウム金属の扱いを、生産工程のさらに後の段階で行わせることができるようになるため、生産性をさらに向上させることができる。 Thereby, since the handling of lithium metal can be performed at a later stage of the production process, the productivity can be further improved.
以上、本発明をその代表的な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、上記第1実施形態においては、積層電極体20の向かい合う2つの側辺にリチウム金属41を配置してもよい。
As described above, the present invention has been described based on the representative embodiments, but the present invention can have various modes other than those described above. For example, in the first embodiment, the lithium metal 41 may be disposed on two opposite sides of the
矩形シート状の正極部と負極部を、間にセパレータを介在させながら積層してなる積層電極体を用いたリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池において、負極電極へのリチウムイオンの予備吸蔵を円滑に行わせることができるとともに、生産工程にてリチウム金属を扱う工程あるいはその頻度の低減を可能にして、生産性を高めることができる。 Smooth pre-occlusion of lithium ions into the negative electrode in a lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery using a stacked electrode body in which a rectangular sheet-shaped positive electrode part and negative electrode part are stacked with a separator interposed therebetween In addition, it is possible to increase the productivity by allowing the process of handling lithium metal in the production process or the frequency thereof to be reduced.
10 素子容器
20 積層電極体
21 正極部
211 正極電極
212 正極用集電体
212b 正極用集電体の延設部
22 セパレータ
221 接着部
23 負極部
231 負極電極
232 負極用集電体
232a 負極用集電体の張出し部
232b 負極用集電体の延設部(張出し部に相当)
31 外部引出し導体(正極端子)
33 外部引出し導体(負極端子)
41 リチウム金属
DESCRIPTION OF
31 External lead conductor (positive terminal)
33 External lead conductor (negative electrode terminal)
41 Lithium metal
Claims (4)
上記負極用集電体の少なくとも一辺が上記積層電極体の側方へ張り出し、この張り出し部に沿って、上記負極電極にリチウムイオンを予備吸蔵させるためのリチウム金属が、上記負極電極と導通状態で設置されていることを特徴とするリチウムイオン吸蔵・放出型有機電解質蓄電池。 A rectangular sheet-like positive electrode portion in which a positive electrode capable of reversibly carrying lithium ions or anions is formed on a sheet-like positive electrode current collector, and a negative electrode electrode capable of occluding and releasing lithium ions are provided for the sheet-like negative electrode collector. A rectangular sheet-shaped negative electrode portion formed on the electric current body is alternately laminated with a separator interposed therebetween, and an external body connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively. A lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery with a terminal,
At least one side of the negative electrode current collector extends to the side of the laminated electrode body, and along the protruding portion, lithium metal for preoccluding lithium ions in the negative electrode is in a conductive state with the negative electrode. Lithium ion storage / release type organic electrolyte storage battery characterized by being installed.
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- 2006-12-21 JP JP2006344769A patent/JP2008159314A/en active Pending
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