JP2989212B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JP2989212B2 JP2078360A JP7836090A JP2989212B2 JP 2989212 B2 JP2989212 B2 JP 2989212B2 JP 2078360 A JP2078360 A JP 2078360A JP 7836090 A JP7836090 A JP 7836090A JP 2989212 B2 JP2989212 B2 JP 2989212B2
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泰浩 藤田
育朗 中根
修弘 古川
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、三酸化モリブデン,五酸化バナジウム,二
酸化マンガン,或いは硫化チタンなどのような再充電可
能な活物質よりなる正極と、リチウムを活物質とする負
極と、これら正負極間に介装され非水電解液を含有する
セパレータとを有する非水電解液二次電池に関する。
従来の技術 この種電池の問題点は負極活物質であるリチウムが、
充電の際に負極表面に樹枝状に成長し正極と接して内部
短絡を引き起こしたり、モッシー状に析出して脱落が生
じるため、充放電サイクルが極めて短いことにある。
そこで、特開昭52−5423号公報に示すように、負極に
リチウム−アルミニウム合金を用いたものが提案されて
いる。これはリチウム単独の場合、放電によってリチウ
ムがイオンとなって溶出すると負極表面が凹凸状とな
り、その後の充電の際にリチウムが凸部に集中的に電析
して樹枝状の成長するのに対して、リチウム−アルミニ
ウム合金であれば、充電時にリチウムが負極の基体とな
るアルミニウムと合金を形成するように復元するため、
リチウムの樹枝状成長が抑制できるという利点を奏する
ためである。
そして、その合金化方法としては、、特公昭61−4694
7号公報に示すように、電気化学的に合金化したものの
特性が良好である。
発明が解決しようとする課題 ところで、上記の如く電気化学的に合金化する場合、
電流は電極周辺部に集中する傾向があるため、電極周辺
部の方が電極中心部より合金化が早く進行することにな
る。加えて、上記電池を充放電する際には、エッジ効果
により電極反応が周辺部に集中する。これらの結果、電
極周辺部は中央部よりも合金が脆くなり、且つ、負極の
周辺部は、脆化した合金の一部が電極端部から脱落し易
いために、電極周辺部が中心部より早く劣化し、この結
果電池寿命も短くなるという課題を有していた。
本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであり、合
金化時及び充放電時に電極周辺部に電流集中が生じるの
を抑制してサイクル特性の向上を図りうる非水電解液二
次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 本発明は上記目的を達成するために、基体金属部及び
基体金属とリチウムとの合金から成る合金化部から成る
負極と、正極と、これら正負極間に介装されたセパレー
タとを有する非水電解液二次電池において、前記負極と
正極とが、前記セパレータを介して、前記負極の前記合
金化部側が前記正極と対向するように装着されており、
前記合金化部の直径は前記基体金属部の直径の80%以上
98%以下となり、前記正極の直径は合金化部の直径の83
%以上100%以下となるように構成されていることを特
徴とする。
作用 電極の周辺部が中心部より早く劣化するのを防止する
ためには、合金化部の直径を基体金属部の直径より小さ
くし、且つ正極の直径を合金化部の直径より小さくする
ことが必要である。この理由を考察するに、第1に、合
金化部の直径を基体金属部の直径より小さくすることに
よって、負極の合金化部の周囲が基体金属で包囲され、
合金化部周辺部の機械的強度が向上する。この結果、脆
くなった合金部の部分的な脱落が防止でき、充放電時の
負極の劣化が抑制される。第2に、合金化部に対向する
正極の直径を、合金化部の直径を超えないように即ち合
金化部の直径以下にすることで、合金化部の周辺部に電
極反応が集中するいわゆるエッジ効果が抑制される。こ
の結果、合金化部の周辺部の劣化が、中央部に比べて、
加速されることが防止できる。
このように、本願発明の構成によれば、負極の形状保
持能力が高まり、電極反応に関与する合金化部からの部
分的な脱落が防止できる。更に、正負極間においてリチ
ウムイオンの移動が常に両極の対向部のみを介して起こ
るため、特定部位への電極反応の集中に起因する、負極
の劣化が抑制される。
しかし、合金化部や正極を余り小さくしすぎると、電
池容量が低下するという課題がある。
ところが、上記構成の如く合金化部の直径と正極の直
径とを規定すれば、合金化部や正極の直径が余り小さく
ないので電池容量が低下することがなく、且つ合金化時
及び充放電時に電極周辺部に電流集中が生じるのを抑制
することができるので、サイクル特性を向上させること
ができる。
第1実施例 本発明の一実施例を、第1図乃至第3図に基づいて、
以下に説明する。
〔実施例I〕
第1図に示すように、リチウム−アルミニウム合金か
ら成る合金化部2aとアルミニウムから成る基体金属部2b
とから構成される負極2は負極集電体7の内面に圧着さ
れており、この負極集電体7はステンレスから成る断面
略コ字状の負極缶5の内底面に固着されている。上記負
極缶5の周端はポリプロピレン製の絶縁パッキング8の
内部に固定されており、絶縁パッキング8の外周にはス
テンレスから成り上記負極缶5とは反対方向に断面略コ
字状を成す正極缶4が固定されている。この正極缶4の
内底面には正極集電体6が固定されており、この正極集
電体6の内面には正極1が固定されている。この正極1
と前記負極2との間には、非水電解液が含浸されポリプ
ロピレン製多孔性膜から成るセパレータ3が介装されて
いる。尚、上記非水電解液としては、スルホランと1,3
−ジオキソランとの混合溶媒に過塩素酸リチウムを1モ
ル/の割合で溶解したものを用いている。また、電池
寸法は直径24.0mm、厚み3.0mmである。
ところで、上記合金化部2aの直径は基体金属部2b
の直径の98%、また正極1の直径は基体金属部
2bの直径の98%(即ち、上記と同じ)となるよ
うに構成されている。
次に、上記構造の非水電解液二次電池は、以下のよう
にして作製した。
先ず、正極1を以下のようにして作製する。
活物質である二酸化マンガン80重量部に、導電剤とし
てのアセチレンブラック10重量部と、結着剤としてのフ
ッ素樹脂粉末10重量部とを加えて充分に混合した後、こ
の正極合剤を加圧成型することにより作製する。
これと並行して、シート状のリチウムとアルミニウム
とを所定寸法に打ち抜くことにより金属リチウム板とア
ルミニウム板とを作製する。この際、第2図に示す金属
リチウムの直径は前記合金化部2aの直径より小
さく形成した。これは、金属リチウムが合金化される際
に膨張するということを考慮したものである。
しかる後、第2図に示すように、正極缶4と負極缶5
とから構成される空間内に、負極缶5側から順に、アル
ミニウム板9と、リチウム板10と、セパレータ3と、正
極1とを装着する。この後、このようにして作製した予
備電池を1週間放置する。これにより、リチウムとアル
ミニウムとが合金化されて、非水電解液二次電池が作製
される。
このようにして作製した電池を、以下(A1)電池と称
する。
〔実施例II〜VII〕
下記第1表に示すように、合金化部2aの直径と正
極1の直径とを変化させる他は、上記実施例Iと同
様にして電池を作製した。但し、本実施例においても、
正極1の直径は合金化部2aの直径と同じに構成
されている。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(A2
電池〜(A7)電池と称する。
〔比較例I〜III〕 上記第1表に示すように、合金化部2aの直径(リ
チウム直径)と正極1の直径とを変化させる他
は、上記実施例Iと同様にして電池を作製した。但し、
本比較例においても、正極1の直径は合金化部2aの
直径と同じに構成されている。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(X1
電池〜(X3)電池と称する。
〔実験〕
上記本発明の(A1)電池〜(A7)電池及び比較例の
(X1)電池〜(X3)電池のサイクル特性を調べたので、
その結果を第3図に示す。尚、実験条件は、充電電流12
mAで6時間充電した後、放電電流12mAで終止電圧2.0Vま
で放電するという条件である。
第3図に示すように、(A1)電池〜(A7)電池は全て
サイクル寿命が400サイクル以上であるのに対して、(X
1)電池〜(X3)電池では全てサイクル寿命が400サイク
ル以下であることが認められる。したがって、合金化部
2aの直径は前記基体金属部2bの直径の80%以上
98%以下であることが好ましいことが窺える。
特に、合金化部2aの直径が基体金属部2bの直径
の90%となるように設定した(A4)電池が優れている
ことが認められる。
第2実施例 本発明の一実施例を、第4図に基づいて、以下に説明
する。
〔実施例I〜III〕
下記第2表に示すように、正極1の直径を変化さ
せる他は、前記第1実施例の実施例IV(合金化部2aの直
が基体金属部2bの直径の90%となるように設
定したもの)と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(B1
電池〜(B3)電池と称する。
〔比較例I〜III〕 上記第2表に示すように、正極1の直径とを変化
させる他は、上記第1実施例の実施例IVと同様にして電
池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(Y1
電池,(Y2)電池と称する。
〔実験〕
上記本発明の(B1)電池〜(B3)電池,前記(A4)電
池及び比較例の(Y1)電池,(Y2)電池のサイクル特性
を調べたので、その結果を第4図に示す。尚、実験条件
は、前記第1実施例の実験と同様の条件である。
第4図に示すように、(B1)電池〜(B3)電池,前記
(A4)電池は全てサイクル寿命が400サイクル以上であ
るのに対して、(Y1)電池,(Y2)電池では全てサイク
ル寿命が400サイクル以下であることが認められる。し
たがって、正極1の直径は合金化部2aの直径
83%以上100%以下であることが好ましいことが窺え
る。
尚、上記2つの実施例では、電池内でアルミニウムと
リチウムとを合金化しているが、電池外で合金化した後
電池内に合金を装填するようにしても上記と同様の効果
を奏することは勿論である。
また、基体金属としてはアルミニウムに限定されるも
のではなく、鉛,錫,カドミウム,ビスマス,ケイ素,
インジウム,亜鉛,或いはマグネシウムから成る群から
選択される1種以上の金属或いは合金を用いてもよい。
更に、基体金属中に、マンガン,クロム,鉄,ケイ
素,タングステン,モリブデン,コバルト,ニッケル,
ジルコニウム,マグネシウム,チタン,或いはバナジウ
ムより選択される1種以上の金属が添加されたものを用
いてもよい。
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、電池容量を低下
させることなくサイクル特性を向上させることができ
る。この結果、非水電解液二次電池の性能を飛躍的に向
上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の非水電解液二次電池を示す断面図、第
2図は第1図の電池の製造方法を示す断面図、第3図は
本発明の(A1)電池〜(A7)電池及び比較例の(X1)電
池〜(X3)電池のサイクル寿命を示すグラフ、第4図は
本発明の(B1)電池〜(B3)電池,(A4)電池及び比較
例の(Y1)電池,(Y2)電池のサイクル寿命を示すグラ
フである。 1……正極、2……負極、2a……合金化部、2b……基体
金属部、3……セパレータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体金属部及び基体金属とリチウムとの合
    金からなる合金化部から構成される負極と、正極と、こ
    れら正負極間に介装されたセパレータとを有する非水電
    解液二次電池において、 前記負極と正極とが、前記セパレータを介して、前記負
    極の前記合金化部側が前記正極と対向するように装着さ
    れており、 前記合金化部の直径は、前記基体金属部の直径の80%以
    上98%以下となり、前記正極の直径は前記合金化部の直
    径の83%以上100%以下となるように構成されているこ
    とを特徴とする非水電解液二次電池。
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