JP2779214B2 - リチウム電池 - Google Patents
リチウム電池Info
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- JP2779214B2 JP2779214B2 JP19081389A JP19081389A JP2779214B2 JP 2779214 B2 JP2779214 B2 JP 2779214B2 JP 19081389 A JP19081389 A JP 19081389A JP 19081389 A JP19081389 A JP 19081389A JP 2779214 B2 JP2779214 B2 JP 2779214B2
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- JP
- Japan
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- battery
- separator
- lithium
- negative electrode
- nonwoven fabric
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- Primary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、負極活物質にリチウムを用いてなる、リ
チウム電池に関するものである。
チウム電池に関するものである。
＜従来の技術＞ 例えばコイン形リチウム電池では、電池缶と端子板を
組合わせまた封口して作った電池容器内に、正極合剤と
負極とをセパレータを介して積重してなる発電要素を収
納する構成としている。
組合わせまた封口して作った電池容器内に、正極合剤と
負極とをセパレータを介して積重してなる発電要素を収
納する構成としている。
このコイン形リチウム電池においても、カメラ用や電
卓用などの電源として15mA/cm2以上の大きな電流で高負
荷パルス放電させる用途が増えており、このような大電
流の用途に適した性能の高い電池が望まれている。
卓用などの電源として15mA/cm2以上の大きな電流で高負
荷パルス放電させる用途が増えており、このような大電
流の用途に適した性能の高い電池が望まれている。
ところでこの種のリチウム電池では、放電に伴う正極
合剤の膨潤によりセパレータ中の電解液が正極合剤側に
漸次移行して枯渇し、これにより電池の内部抵抗が次第
に増大して電池の放電性能の低下が起こる。このような
性能低下は、上記のように電池を高負荷パルス放電させ
た場合において特に顕著に現れる。
合剤の膨潤によりセパレータ中の電解液が正極合剤側に
漸次移行して枯渇し、これにより電池の内部抵抗が次第
に増大して電池の放電性能の低下が起こる。このような
性能低下は、上記のように電池を高負荷パルス放電させ
た場合において特に顕著に現れる。
このような内部抵抗の増大に因る性能低下をなくして
性能向上を図るため、従来より、液保持性の高い極細繊
維の不織布からなるセパレータを用いたり、セパレータ
厚を増やすことで液量を増加したり、あるいは負極にリ
チウム合金例えばリチウム−アルミニウム合金を用いて
リチウム表面を活性化するなどの方法が提案されてい
る。
性能向上を図るため、従来より、液保持性の高い極細繊
維の不織布からなるセパレータを用いたり、セパレータ
厚を増やすことで液量を増加したり、あるいは負極にリ
チウム合金例えばリチウム−アルミニウム合金を用いて
リチウム表面を活性化するなどの方法が提案されてい
る。
ところが、上記のような極細繊維の不織布を用いたと
してもセパレータに保持される電解液量の増加は僅かで
あるし、またセパレータ厚を厚くする方法では、正極と
負極との極間距離が大きくなり、その分だけ内部抵抗が
増えるので差程の性能向上は望めない。
してもセパレータに保持される電解液量の増加は僅かで
あるし、またセパレータ厚を厚くする方法では、正極と
負極との極間距離が大きくなり、その分だけ内部抵抗が
増えるので差程の性能向上は望めない。
一方、上記のように負極にリチウム合金を用いる方法
では、合金化に時間がかかるため、リチウムを単体で用
いる場合に比べて２倍以上もコスト高であるし、またこ
の合金化により負極の柔軟性が低下し、従ってこれを圧
延，裁断するなど場合において加工性が劣るという欠点
がある。
では、合金化に時間がかかるため、リチウムを単体で用
いる場合に比べて２倍以上もコスト高であるし、またこ
の合金化により負極の柔軟性が低下し、従ってこれを圧
延，裁断するなど場合において加工性が劣るという欠点
がある。
そこで、出願人は先に、コロナ放電処理を施したポリ
オレフィン系樹脂で作った不織布をセパレータに用いる
ことを提案した（特願昭63−287076号）。
オレフィン系樹脂で作った不織布をセパレータに用いる
ことを提案した（特願昭63−287076号）。
このようなコロナ放電処理を施すことで、不織布の微
細繊維表面が部分的に侵されて細かく枝分かれした状態
となるので、セパレータの表面積が著しく増大するの
で、セパレータの保液性ないし吸液性が未処理の約２倍
にも向上し、従って薄くても充分な量の電解液をセパレ
ータ内に保持でき、放電進行に伴う上記のような内部抵
抗の上昇が効果的に抑制されて放電性能の高い電池を得
ることができる。
細繊維表面が部分的に侵されて細かく枝分かれした状態
となるので、セパレータの表面積が著しく増大するの
で、セパレータの保液性ないし吸液性が未処理の約２倍
にも向上し、従って薄くても充分な量の電解液をセパレ
ータ内に保持でき、放電進行に伴う上記のような内部抵
抗の上昇が効果的に抑制されて放電性能の高い電池を得
ることができる。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところが、このコロナ放電処理を施した場合、上記の
ような表面積増大に伴い、加工工程や電池の組立工程な
どにおいて不織布ないしセパレータに静電気を帯び易く
なる。特にリチウム電池では、負極リチウムと水分との
反応を極力なくすためにセパレータなどは乾燥状態で使
用され、また電池組立ては乾燥雰囲気下で行われること
からその度合いが非常に大きい。
ような表面積増大に伴い、加工工程や電池の組立工程な
どにおいて不織布ないしセパレータに静電気を帯び易く
なる。特にリチウム電池では、負極リチウムと水分との
反応を極力なくすためにセパレータなどは乾燥状態で使
用され、また電池組立ては乾燥雰囲気下で行われること
からその度合いが非常に大きい。
このため、例えばコイン形リチウム電池において、コ
ロナ放電処理済の不織布シートを乾燥後、金型によりセ
パレータ形状に抜き絞り、またこのセパレータを電池缶
上に載置した正極合剤の上面に落として電池組合わせを
行うなどの際、帯電したセパレータが治具やコンベアー
などに貼り付いたり、あるいは定位置からズレた位置で
正極合剤上に載置されることが起こり易くなり、従って
安定した加工・組立てが困難となる。
ロナ放電処理済の不織布シートを乾燥後、金型によりセ
パレータ形状に抜き絞り、またこのセパレータを電池缶
上に載置した正極合剤の上面に落として電池組合わせを
行うなどの際、帯電したセパレータが治具やコンベアー
などに貼り付いたり、あるいは定位置からズレた位置で
正極合剤上に載置されることが起こり易くなり、従って
安定した加工・組立てが困難となる。
このため、工程不良が発生し易くなるし、またセパレ
ータのズレによって正負極間の隔離が不十分となること
による電圧不良，あるいは電池封口部へのセパレータの
噛み込みにより漏液不良等が発生する割合が高くなる。
ータのズレによって正負極間の隔離が不十分となること
による電圧不良，あるいは電池封口部へのセパレータの
噛み込みにより漏液不良等が発生する割合が高くなる。
このような静電気による影響をなくすため、例えば界
面活性剤などにより親水処理することでセパレータ表面
の抵抗を小さくして静電気を逃し易くすることも考えら
れるが、例えばセパレータが完全に脱水された状態では
効果が殆ど期待できず、セパレータ貼り付きによる上記
工程不良などを確実になくすことができない。
面活性剤などにより親水処理することでセパレータ表面
の抵抗を小さくして静電気を逃し易くすることも考えら
れるが、例えばセパレータが完全に脱水された状態では
効果が殆ど期待できず、セパレータ貼り付きによる上記
工程不良などを確実になくすことができない。
この発明は、上記のようなコロナ放電処理を施したセ
パレータや不織布における帯電を有効に抑えることがで
き、従ってセパレータのズレによる工程不良，電圧不良
あるいは漏液不良などを有効に防止することが可能な、
リチウム電池を提供することを目的とする。
パレータや不織布における帯電を有効に抑えることがで
き、従ってセパレータのズレによる工程不良，電圧不良
あるいは漏液不良などを有効に防止することが可能な、
リチウム電池を提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ この発明のリチウム電池は、ポリオレフィン系樹脂製
の不織布にコロナ放電処理を施してなるセパレータの負
極対向側に、リチウムと合金化する金属層を設けたこと
を要旨とする。
の不織布にコロナ放電処理を施してなるセパレータの負
極対向側に、リチウムと合金化する金属層を設けたこと
を要旨とする。
上記のコロナ放電処理は、例えば素材（不織布）の表
面で高電圧でアーク放電などをさせて、素材の表面処理
をすることを意味する。
面で高電圧でアーク放電などをさせて、素材の表面処理
をすることを意味する。
上記のポリオレフィン系樹脂製の不織布としては、ポ
リプロピレン不織布，ポリエチレン不織布などが挙げら
れる。
リプロピレン不織布，ポリエチレン不織布などが挙げら
れる。
リチウムと合金化する金属層としては、アルミニウム
層，スズ層，マグネシウム層などを用いれば良いが、特
にアルミニウム層が好ましい。また、この金属層は蒸着
や金属箔のラミネートなどによりセパレータ上に設けら
れる。
層，スズ層，マグネシウム層などを用いれば良いが、特
にアルミニウム層が好ましい。また、この金属層は蒸着
や金属箔のラミネートなどによりセパレータ上に設けら
れる。
また、リチウムと合金化する金属としてアルミニウム
を用いた場合、このアルミニウム層の厚さは、負極に用
いるリチウムの厚さの1/100〜1/30程度にすることが好
ましい。金属層がリチウム厚の1/100より薄いと電池の
内部抵抗が大きくなる。一方、1/30より厚い場合にはセ
パレータの硬度が高くなり、例えばコイン形リチウム電
池においてセパレータ打抜きの際にセパレータの破れが
発生し易くなるからである。
を用いた場合、このアルミニウム層の厚さは、負極に用
いるリチウムの厚さの1/100〜1/30程度にすることが好
ましい。金属層がリチウム厚の1/100より薄いと電池の
内部抵抗が大きくなる。一方、1/30より厚い場合にはセ
パレータの硬度が高くなり、例えばコイン形リチウム電
池においてセパレータ打抜きの際にセパレータの破れが
発生し易くなるからである。
＜作用＞ 上記のようなリチウムと合金化する金属層を設けるこ
とでこの金属層が所謂アースの役目をするようになり、
このためコロナ放電処理したセパレータないし不織布か
らの静電気除去が製造工程において容易に行えるように
なり、従ってセパレータないし不織布における荷電静電
気量を50V以下程度に保つことができ、この結果上記の
ような静電気による工程中でのトラブルが確実に解消さ
れる。
とでこの金属層が所謂アースの役目をするようになり、
このためコロナ放電処理したセパレータないし不織布か
らの静電気除去が製造工程において容易に行えるように
なり、従ってセパレータないし不織布における荷電静電
気量を50V以下程度に保つことができ、この結果上記の
ような静電気による工程中でのトラブルが確実に解消さ
れる。
また、電池組立てにより上記金属層を負極リチウムと
圧接することで、負極表面にこの金属層とリチウムとの
合金層が形成される。この結果、リチウム負極の表面が
活性となり、リチウム負極の表面積が大きくなるので
（放電により表面のリチウムが消費しても上記金属層部
分は残存するのでリチウム負極の表面積が増大する）、
電池の内部抵抗が低下して、電池性能の一層の向上が図
れる。
圧接することで、負極表面にこの金属層とリチウムとの
合金層が形成される。この結果、リチウム負極の表面が
活性となり、リチウム負極の表面積が大きくなるので
（放電により表面のリチウムが消費しても上記金属層部
分は残存するのでリチウム負極の表面積が増大する）、
電池の内部抵抗が低下して、電池性能の一層の向上が図
れる。
＜実施例＞ 実施例１ 厚さ0.2〜0.3mm,秤量30〜60g/m2のポリプロピレン製
の不織布シートに、周波数25〜35kHzの単相交流電圧220
Vの電源を用いまた出力電力30W/m2/minでコロナ放電処
理を施した後、この不織布シートの片面に10μｍのアル
ミニウム蒸着層を形成し、不織布シートの静電気除去を
行った。
の不織布シートに、周波数25〜35kHzの単相交流電圧220
Vの電源を用いまた出力電力30W/m2/minでコロナ放電処
理を施した後、この不織布シートの片面に10μｍのアル
ミニウム蒸着層を形成し、不織布シートの静電気除去を
行った。
このコロナ放電処理並びにアルミニウム蒸着層を形成
した不織布シートを乾燥後、ドライボックス中におい
て、ロールから送り出しまた打抜き兼雄金型と雌金型と
で構成される抜絞り金型により直径18mmで打抜き且つそ
の外周を絞り加工してカップ状の不織布シート片を得
た。
した不織布シートを乾燥後、ドライボックス中におい
て、ロールから送り出しまた打抜き兼雄金型と雌金型と
で構成される抜絞り金型により直径18mmで打抜き且つそ
の外周を絞り加工してカップ状の不織布シート片を得
た。
この不織布シート片をセパレータとして用い、またこ
のセパレータを、その上記アルミニウム蒸着層側を負極
対向側として端子板に圧着した厚さ500μｍのリチウム
箔からなる負極に圧接し、次いで所定量の電解液をセパ
レータ上面から注液した。
のセパレータを、その上記アルミニウム蒸着層側を負極
対向側として端子板に圧着した厚さ500μｍのリチウム
箔からなる負極に圧接し、次いで所定量の電解液をセパ
レータ上面から注液した。
そして、第１図のように、二酸化マンガンを主成分と
する混合粉末をコイン状に加圧成形してなる正極合剤１
を電池缶２の内底面に載置したものを用意し、またこれ
ら正極合剤１と電池缶２を、負極３に圧着された上記セ
パレータ４上に重ね合せ、また電池缶開口部を内側にか
しめ、この開口部と端子板５の周縁部によりこれらの間
に挟持された絶縁ガスケット６を挟圧して、外径20mm,
厚さ2.5mmのCR2025のコイン形リチウム電池（本発明
品）を作製した。
する混合粉末をコイン状に加圧成形してなる正極合剤１
を電池缶２の内底面に載置したものを用意し、またこれ
ら正極合剤１と電池缶２を、負極３に圧着された上記セ
パレータ４上に重ね合せ、また電池缶開口部を内側にか
しめ、この開口部と端子板５の周縁部によりこれらの間
に挟持された絶縁ガスケット６を挟圧して、外径20mm,
厚さ2.5mmのCR2025のコイン形リチウム電池（本発明
品）を作製した。
一方、上記アルミニウム蒸着層を形成しない他は同じ
コロナ放電処理済の不織布シートを界面活性剤による親
水処理してなるセパレータと，リチウム−アルミニウム
合金で作った負極を用い、その他は本発明品と同様にし
て、CR2025（外径20mm,厚さ2.5mm）のコイン形リチウム
電池（比較品１）を作製した。
コロナ放電処理済の不織布シートを界面活性剤による親
水処理してなるセパレータと，リチウム−アルミニウム
合金で作った負極を用い、その他は本発明品と同様にし
て、CR2025（外径20mm,厚さ2.5mm）のコイン形リチウム
電池（比較品１）を作製した。
更に、にコロナ放電処理を施さず且つアルミニウム蒸
着層を形成しない他は同じ不織布シートを用いてなるセ
パレータを用いた他は本発明品と同様なCR2025のコイン
形リチウム電池（比較品２）を作製した。
着層を形成しない他は同じ不織布シートを用いてなるセ
パレータを用いた他は本発明品と同様なCR2025のコイン
形リチウム電池（比較品２）を作製した。
これらの電池について、環境温度20℃において、抵抗
15kΩで連続放電させた時の各電池における電圧（Ｖ）
の経時変化を測定した。また、この放電途中の放電深度
30％,40％，あるいは50％の時において40mAの電流を50m
sec流すという重負荷パルス放電をそれぞれ行った際の
閉路電圧（Ｖ）を測定した。
15kΩで連続放電させた時の各電池における電圧（Ｖ）
の経時変化を測定した。また、この放電途中の放電深度
30％,40％，あるいは50％の時において40mAの電流を50m
sec流すという重負荷パルス放電をそれぞれ行った際の
閉路電圧（Ｖ）を測定した。
これらの測定結果を第２図に示した。図において、上
方は連続放電時の電圧の変化を、また下方はパルス放電
時の電圧変化をそれぞれ示したものである。
方は連続放電時の電圧の変化を、また下方はパルス放電
時の電圧変化をそれぞれ示したものである。
この結果より、放電途中で重負荷パルス放電させた時
における比較品２の電圧低下が特に著しい。また、連続
放電並びに重負荷パルス放電において。本発明品はリチ
ウム−アルミニウム合金負極を用いてなる比較品１と略
同様な電池性能を示した。
における比較品２の電圧低下が特に著しい。また、連続
放電並びに重負荷パルス放電において。本発明品はリチ
ウム−アルミニウム合金負極を用いてなる比較品１と略
同様な電池性能を示した。
実施例２ 一方、負極側に形成したアルミニウム蒸着層の厚さを
表１のように２〜30μｍの間で種々変えた以外は同じコ
ロナ放電処理済のセパレータを用い、その他は上記本発
明品と同様にして、様々のCR2025のコイン形リチウム電
池（電池No.1〜６）を作製した。
表１のように２〜30μｍの間で種々変えた以外は同じコ
ロナ放電処理済のセパレータを用い、その他は上記本発
明品と同様にして、様々のCR2025のコイン形リチウム電
池（電池No.1〜６）を作製した。
これらの電池について、組立て直後の電池内部抵抗
（Ω），抵抗15kΩでの連続の途中において、放電深度3
0％，並びに50％において40mAの電流を50msec流してパ
ルス放電させた時の閉路電圧（Ｖ）をそれぞれ測定し
た。更に、電池組立て工程においてリチウム負極上にセ
パレータを上記のように重ね合せる際の位置ズレやセパ
レータの破れなどの不良発生個数も併せて調べた。
（Ω），抵抗15kΩでの連続の途中において、放電深度3
0％，並びに50％において40mAの電流を50msec流してパ
ルス放電させた時の閉路電圧（Ｖ）をそれぞれ測定し
た。更に、電池組立て工程においてリチウム負極上にセ
パレータを上記のように重ね合せる際の位置ズレやセパ
レータの破れなどの不良発生個数も併せて調べた。
これらの結果を表１に纏めて示した。尚、表１におい
て、電池No.7は実施例１で用いた比較品１と同じ構成の
電池、電池No.8は親水処理を施さない他はこの比較品１
と同じセパレータを用いた電池、また電池No.9は実施例
１の比較品２と同じ構成の電池である。
て、電池No.7は実施例１で用いた比較品１と同じ構成の
電池、電池No.8は親水処理を施さない他はこの比較品１
と同じセパレータを用いた電池、また電池No.9は実施例
１の比較品２と同じ構成の電池である。
また、表１において電池抵抗は各20個づつのバラツキ
を、閉路電圧は各５個づつのバラツキを、更に不良発生
個数は各100個の値を、それぞれ示したものである。
を、閉路電圧は各５個づつのバラツキを、更に不良発生
個数は各100個の値を、それぞれ示したものである。
以上は本発明をコイン形リチウム電池に適用した例で
あるが、この他スパイラル形リチウム電池などの筒形リ
チウム電池、更には一次系のみならず二次系のリチウム
電池にも適用でき、また同様な効果があることは勿論で
ある。
あるが、この他スパイラル形リチウム電池などの筒形リ
チウム電池、更には一次系のみならず二次系のリチウム
電池にも適用でき、また同様な効果があることは勿論で
ある。
＜発明の効果＞ 以上のように、この発明のリチウム電池によれば、セ
パレータとしてコロナ放電処理を施したものを用いたの
でセパレータの保液性が格段に高まって電池性能の向上
が図れる。
パレータとしてコロナ放電処理を施したものを用いたの
でセパレータの保液性が格段に高まって電池性能の向上
が図れる。
また、リチウムと合金化する金属層をセパレータの負
極対向側に設けたので、コロナ放電処理を施したセパレ
ータや不織布からの静電気除去が簡単且つ確実に行える
ようになり、従って前記のような工程上のトラブルが解
消されて電池の歩留り向上を図ることができる。
極対向側に設けたので、コロナ放電処理を施したセパレ
ータや不織布からの静電気除去が簡単且つ確実に行える
ようになり、従って前記のような工程上のトラブルが解
消されて電池の歩留り向上を図ることができる。
更に、電池組立時には上記金属面が負極のリチウムと
圧接して負極表面にこの金属層とリチウムとの合金層が
形成されるため、リチウム合金を使用した場合と同程度
の特性を負極に持たせることができ、この結果上記セパ
レータにおける保液性向上と相俟って電池性能の一層の
向上が期待でき、且つ負極にはじめからリチウム合金を
用いた場合に比べ安価に製造できるといった種々の効果
を奏する。
圧接して負極表面にこの金属層とリチウムとの合金層が
形成されるため、リチウム合金を使用した場合と同程度
の特性を負極に持たせることができ、この結果上記セパ
レータにおける保液性向上と相俟って電池性能の一層の
向上が期待でき、且つ負極にはじめからリチウム合金を
用いた場合に比べ安価に製造できるといった種々の効果
を奏する。
第１図は実施例の電池の断面図、第２図は本発明品と比
較品との放電試験の結果を示したグラフである。 １……正極合剤、２……電池缶、３……負極、４……セ
パレータ、５……端子板。
較品との放電試験の結果を示したグラフである。 １……正極合剤、２……電池缶、３……負極、４……セ
パレータ、５……端子板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−284756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−294756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−62138（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−304864（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 2/16 H01M 6/16
Claims (1)
- 【請求項１】ポリオレフィン系樹脂製の不織布にコロナ
放電処理を施してなるセパレータの負極対向側に、リチ
ウムと合金化する金属層を設けたことを特徴とするリチ
ウム電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19081389A JP2779214B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | リチウム電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19081389A JP2779214B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | リチウム電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0355756A JPH0355756A (ja) | 1991-03-11 |
| JP2779214B2 true JP2779214B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=16264177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19081389A Expired - Lifetime JP2779214B2 (ja) | 1989-07-24 | 1989-07-24 | リチウム電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2779214B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100445792B1 (ko) * | 2001-06-09 | 2004-08-25 | 한국과학기술연구원 | 분리막과 일체화된 리튬전극 및 이를 이용한 리튬전지 |
-
1989
- 1989-07-24 JP JP19081389A patent/JP2779214B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0355756A (ja) | 1991-03-11 |
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