JP2574952B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JP2574952B2 JP2574952B2 JP3101760A JP10176091A JP2574952B2 JP 2574952 B2 JP2574952 B2 JP 2574952B2 JP 3101760 A JP3101760 A JP 3101760A JP 10176091 A JP10176091 A JP 10176091A JP 2574952 B2 JP2574952 B2 JP 2574952B2
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- Japan
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- separator
- less
- aqueous electrolyte
- secondary battery
- battery
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リチウム合金を負極
活物質として用いた非水電解液二次電池に関し、特に、
負極から脱離するリチウムのデンドライト発生を抑制
し、内部短絡を防止して電池性能の向上を図った非水電
解液二次電池に関するものである。
活物質として用いた非水電解液二次電池に関し、特に、
負極から脱離するリチウムのデンドライト発生を抑制
し、内部短絡を防止して電池性能の向上を図った非水電
解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】負極活物質としてリチウムを使用した非
水電解液電池は、自己放電の少ない保存性に優れた電池
として知られており、使用期間の長い電子腕時計や、種
々の電子機器のメモリバックアップ用電源として用いら
れている。ところで、この種の非水電解液電池は、通常
一次電池であるが、長時間経済的に使用できる電源とし
て使用可能な非水電解液二次電池の開発が望まれてい
る。とりわけリチウムを負極とする非水電解液電池は電
池電圧が高く、高エネルギー密度の二次電池として実用
化が期待されている。
水電解液電池は、自己放電の少ない保存性に優れた電池
として知られており、使用期間の長い電子腕時計や、種
々の電子機器のメモリバックアップ用電源として用いら
れている。ところで、この種の非水電解液電池は、通常
一次電池であるが、長時間経済的に使用できる電源とし
て使用可能な非水電解液二次電池の開発が望まれてい
る。とりわけリチウムを負極とする非水電解液電池は電
池電圧が高く、高エネルギー密度の二次電池として実用
化が期待されている。
【０００３】しかしながら、この非水電解液二次電池は
充電時に負極表面上にリチウムが樹枝状に析出し、この
樹枝状結晶（デンドライト）がセパレータを貫通して内
部短絡を引き起こす結果、充放電性能の低下や電池の破
裂・発火等の事故を誘発するおそれがあり、特にリチウ
ム負極の周縁部においてこの現象が顕著に現れるため、
未だ本格的な実用化には至っていない。
充電時に負極表面上にリチウムが樹枝状に析出し、この
樹枝状結晶（デンドライト）がセパレータを貫通して内
部短絡を引き起こす結果、充放電性能の低下や電池の破
裂・発火等の事故を誘発するおそれがあり、特にリチウ
ム負極の周縁部においてこの現象が顕著に現れるため、
未だ本格的な実用化には至っていない。
【０００４】このような不都合を解消するために、例え
ば特開昭５２−５４２３号公報に示すように、純リチウ
ムの替わりにリチウム−アルミニウム合金を用いること
をはじめとして、負極のリチウムと可融する金属を用い
る提案が多数なされている。
ば特開昭５２−５４２３号公報に示すように、純リチウ
ムの替わりにリチウム−アルミニウム合金を用いること
をはじめとして、負極のリチウムと可融する金属を用い
る提案が多数なされている。
【０００５】また、実開昭６２−５９９６０号公報のよ
うに、デンドライトの発生しやすい電極周囲部をガスケ
ットで覆うことも提案されている。しかしながら、これ
らの解決手段には、いずれも以下に説明する技術的課題
があった。
うに、デンドライトの発生しやすい電極周囲部をガスケ
ットで覆うことも提案されている。しかしながら、これ
らの解決手段には、いずれも以下に説明する技術的課題
があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、リチウム−
アルミニウム合金を用いてデンドライトの発生を抑制す
る手段では、アルミニウムの合金化率を原子比で５０％
程度以上とかなり高めなければ効果が得られず、このこ
とは電池内に組み込めるリチウム量の低下、即ち電池容
量の著しい低下を引き起こす。また、電極周囲部をガス
ケットで覆う手段では、デンドライトの防止に効果があ
るものの、実質的な電極表面積が低下することから、高
率放電を必要とするリモコンなどの用途に向かないとい
った欠点がある。
アルミニウム合金を用いてデンドライトの発生を抑制す
る手段では、アルミニウムの合金化率を原子比で５０％
程度以上とかなり高めなければ効果が得られず、このこ
とは電池内に組み込めるリチウム量の低下、即ち電池容
量の著しい低下を引き起こす。また、電極周囲部をガス
ケットで覆う手段では、デンドライトの防止に効果があ
るものの、実質的な電極表面積が低下することから、高
率放電を必要とするリモコンなどの用途に向かないとい
った欠点がある。
【０００７】この発明は、以上のような従来の問題点に
鑑みてなされたものであり、所定の電池容量を確保しつ
つ、リチウムのデンドライトによる内部短絡を防止して
電池性能の向上を図った非水電解液二次電池を提供する
ことを目的とする。
鑑みてなされたものであり、所定の電池容量を確保しつ
つ、リチウムのデンドライトによる内部短絡を防止して
電池性能の向上を図った非水電解液二次電池を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、セパレータを挾んで正極と負極とを積
層した非水電解液二次電池において、セパレータの開孔
率と孔径をセパレータの中心部と周囲部で変え、前記周
囲部のセパレータの開孔率を５０％以下にするとともに
孔径を０．３μｍ以下とし、前記中心部のセパレータの
開孔率を５０％を越え６０％以下の範囲内とするととも
に孔径を０．３μｍを越え０．５μｍ以下の範囲内と
し、前記中心部の範囲をセパレータの中心から電極半径
の８０％以下としてなるのである。
に、この発明は、セパレータを挾んで正極と負極とを積
層した非水電解液二次電池において、セパレータの開孔
率と孔径をセパレータの中心部と周囲部で変え、前記周
囲部のセパレータの開孔率を５０％以下にするとともに
孔径を０．３μｍ以下とし、前記中心部のセパレータの
開孔率を５０％を越え６０％以下の範囲内とするととも
に孔径を０．３μｍを越え０．５μｍ以下の範囲内と
し、前記中心部の範囲をセパレータの中心から電極半径
の８０％以下としてなるのである。
【０００９】
【００１０】
【発明の作用・効果】上記のようにセパレータの開孔率
と孔径をセパレータの中心部と周囲部で変え、上記のよ
うにセパレータの開孔率及び孔径を一定値以下にするこ
とにより、正負極のデンドライトによる短絡を抑制する
ことができる。また、セパレータ中央部の開孔率及び孔
径の許容値は上記のように周囲部よりも広く、この許容
範囲内において開孔率及び孔径を周囲部より高く設定す
ることにより、電池の内部抵抗の増加を抑え、かつ十分
な電池容量が確保できる。
と孔径をセパレータの中心部と周囲部で変え、上記のよ
うにセパレータの開孔率及び孔径を一定値以下にするこ
とにより、正負極のデンドライトによる短絡を抑制する
ことができる。また、セパレータ中央部の開孔率及び孔
径の許容値は上記のように周囲部よりも広く、この許容
範囲内において開孔率及び孔径を周囲部より高く設定す
ることにより、電池の内部抵抗の増加を抑え、かつ十分
な電池容量が確保できる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の好適な実施例を説明する。
なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものでは
ない。コイン形リチウム二次電池ＭＬ２０１６を用いて
以下の試験を行なった。負極には純リチウム、正極には
三酸化モリブデンを用い、セパレータには厚さ２５μｍ
のポリプロピレン製フィルムを用いた。このセパレータ
の開孔率と孔径を種々変えて充放電試験を行なった。充
放電中に正負極の短絡が原因で、性能の低下が認められ
た個数を表１に示す。
なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものでは
ない。コイン形リチウム二次電池ＭＬ２０１６を用いて
以下の試験を行なった。負極には純リチウム、正極には
三酸化モリブデンを用い、セパレータには厚さ２５μｍ
のポリプロピレン製フィルムを用いた。このセパレータ
の開孔率と孔径を種々変えて充放電試験を行なった。充
放電中に正負極の短絡が原因で、性能の低下が認められ
た個数を表１に示す。
【００１２】 この表よりセパレータの開孔率を５０％以下、かつ最大
孔径を０．３μｍ以下にすると内部短絡が発生せず、電
池性能が低下しないことがわかる。メモリーバックアッ
プなどの比較的低い放電率（リチウム負極当たり０．１
mA／cm2 程度以下）の用途を想定した場合はこの構成で
十分であるが、リモコン用途などの比較的高い放電率
（リチウム負極当たり０．１mA／cm2 程度以上）の用途
を想定すると、セパレータの開孔率及び孔径を小さくし
たことによる内部抵抗の増加が電池容量を低下させる要
因となりうる。
孔径を０．３μｍ以下にすると内部短絡が発生せず、電
池性能が低下しないことがわかる。メモリーバックアッ
プなどの比較的低い放電率（リチウム負極当たり０．１
mA／cm2 程度以下）の用途を想定した場合はこの構成で
十分であるが、リモコン用途などの比較的高い放電率
（リチウム負極当たり０．１mA／cm2 程度以上）の用途
を想定すると、セパレータの開孔率及び孔径を小さくし
たことによる内部抵抗の増加が電池容量を低下させる要
因となりうる。
【００１３】そこで、特にリチウム負極の周縁部にデン
ドライトが発生する現象に着目し、様々な試験を行なっ
た結果、セパレータ中央部の開孔率及び孔径は周囲部よ
り高く設定しても内部短絡が発生せず、その許容範囲が
広いことを見出した。その結果、この異なる許容値に対
して各々高い値を選択すれば、内部抵抗の増加も少な
く、放電率が高くても高い電池容量を確保したままデン
ドライトを抑制できる。
ドライトが発生する現象に着目し、様々な試験を行なっ
た結果、セパレータ中央部の開孔率及び孔径は周囲部よ
り高く設定しても内部短絡が発生せず、その許容範囲が
広いことを見出した。その結果、この異なる許容値に対
して各々高い値を選択すれば、内部抵抗の増加も少な
く、放電率が高くても高い電池容量を確保したままデン
ドライトを抑制できる。
【００１４】電極の半径をａとして、セパレータの中心
部分からａ／２より周囲部分のセパレータの開孔率を４
５％・最大孔径０．２５μｍとし、中央部分のセパレー
タの開孔率と孔径を種々変えて充放電試験を行なった。
充放電中に正負極の短絡が原因で、性能の低下が認めら
れた個数を表２に示す。
部分からａ／２より周囲部分のセパレータの開孔率を４
５％・最大孔径０．２５μｍとし、中央部分のセパレー
タの開孔率と孔径を種々変えて充放電試験を行なった。
充放電中に正負極の短絡が原因で、性能の低下が認めら
れた個数を表２に示す。
【００１５】 この表よりセパレータの中央部の開孔率は６０％以下、
かつ最大孔径を０．５μｍ以下にすると内部短絡が発生
せず、電池性能が低下しないことがわかる。
かつ最大孔径を０．５μｍ以下にすると内部短絡が発生
せず、電池性能が低下しないことがわかる。
【００１６】さらに図１は、開孔率６０％以下、最大孔
径を０．５μｍ以下の範囲をどこまで拡げられるかにつ
いて試験した結果である。図１に示す結果から明らかな
ように、電極半径ａの８０％以上まで拡げると、内部短
絡の発生確率が著しく増加することがわかり、開孔率６
０％以下・最大孔径を０．５μｍ以下が適用できる範囲
は、電極半径ａの８０％までにとどめねばならないこと
が解る。
径を０．５μｍ以下の範囲をどこまで拡げられるかにつ
いて試験した結果である。図１に示す結果から明らかな
ように、電極半径ａの８０％以上まで拡げると、内部短
絡の発生確率が著しく増加することがわかり、開孔率６
０％以下・最大孔径を０．５μｍ以下が適用できる範囲
は、電極半径ａの８０％までにとどめねばならないこと
が解る。
【００１７】図２は放電容量との相関であるが、０．５
ａを越すとほとんど放電容量に影響がなくなることがわ
かり、開孔率６０％以下、かつ最大孔径０．５μｍの範
囲が、好ましくは、電極半径をａとしたとき０．５ａか
ら０．８ａの間にあることがわかる。
ａを越すとほとんど放電容量に影響がなくなることがわ
かり、開孔率６０％以下、かつ最大孔径０．５μｍの範
囲が、好ましくは、電極半径をａとしたとき０．５ａか
ら０．８ａの間にあることがわかる。
【図１】所定の開孔率と孔径の部分をセパレ―タの径方
向に拡げた場合に内部短絡の発生確率の関係を示す図で
ある。
向に拡げた場合に内部短絡の発生確率の関係を示す図で
ある。
【図２】所定の開孔率と孔径の部分をセパレ―タの径方
向に拡げた場合における放電容量の変化を示す図であ
る。
向に拡げた場合における放電容量の変化を示す図であ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】 セパレータを挾んで正極と負極とを積層
した非水電解液二次電池において、該セパレータの開孔
率と孔径を該セパレータの中心部と周囲部で変え、該周
囲部のセパレータの開孔率を５０％以下にするとともに
該孔径を０．３μｍ以下とし、該中心部の該セパレータ
の開孔率を５０％を越え６０％以下の範囲内とするとと
もに孔径を０．３μｍを越え０．５μｍ以下の範囲内と
し、該中心部の範囲を該セパレータの中心から電極半径
の８０％以下としてなることを特徴とする非水電解液二
次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101760A JP2574952B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101760A JP2574952B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04308654A JPH04308654A (ja) | 1992-10-30 |
| JP2574952B2 true JP2574952B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=14309193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3101760A Expired - Fee Related JP2574952B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574952B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569704A (zh) * | 2010-12-21 | 2012-07-11 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有可变孔隙率的电池隔膜 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251218A (ja) | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| CN114830398A (zh) * | 2019-12-27 | 2022-07-29 | 日本瑞翁株式会社 | 二次电池及其制造方法 |
| CN115104222B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-06-13 | 宁德新能源科技有限公司 | 一种电极组件及包含其的电化学装置和电子装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126159A (ja) * | 1986-11-15 | 1988-05-30 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム電池 |
| JPH02192655A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-30 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 二次電池 |
| JPH0325865A (ja) * | 1989-06-21 | 1991-02-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液２次電池 |
-
1991
- 1991-04-08 JP JP3101760A patent/JP2574952B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63126159A (ja) * | 1986-11-15 | 1988-05-30 | Hitachi Maxell Ltd | リチウム電池 |
| JPH02192655A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-30 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 二次電池 |
| JPH0325865A (ja) * | 1989-06-21 | 1991-02-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液２次電池 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569704A (zh) * | 2010-12-21 | 2012-07-11 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有可变孔隙率的电池隔膜 |
| CN102569704B (zh) * | 2010-12-21 | 2014-11-26 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 具有可变孔隙率的电池隔膜 |
| US9172075B2 (en) | 2010-12-21 | 2015-10-27 | GM Global Technology Operations LLC | Battery separators with variable porosity |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04308654A (ja) | 1992-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |