JP3148905B2 - 薄形非水電解液二次電池の製造法 - Google Patents
薄形非水電解液二次電池の製造法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高負荷特性、急速充電
特性の求められる初期充放電方法を改善した薄形非水電
解液二次電池の製造法に関する。
特性の求められる初期充放電方法を改善した薄形非水電
解液二次電池の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話、カムコーダなどのコー
ドレス情報・通信機器の目覚ましいポータブル化、イン
テリジェンス化に伴い、その駆動用電源として、小形軽
量で、高エネルギー密度の電池が求められており、なか
でも、非水電解液電池、特にリチウム二次電池は次世代
電池の主力として大いに期待され、その潜在的な市場規
模も非常に大きい。また、その形状としては機器の薄形
化、スペースの有効利用の観点から薄形の密閉電池に要
望が集まりつつある。
ドレス情報・通信機器の目覚ましいポータブル化、イン
テリジェンス化に伴い、その駆動用電源として、小形軽
量で、高エネルギー密度の電池が求められており、なか
でも、非水電解液電池、特にリチウム二次電池は次世代
電池の主力として大いに期待され、その潜在的な市場規
模も非常に大きい。また、その形状としては機器の薄形
化、スペースの有効利用の観点から薄形の密閉電池に要
望が集まりつつある。
【０００３】そして薄形の密閉電池としては、これまで
ニッケル・カドミウム蓄電池や鉛蓄電池、最近ではニッ
ケル・水素蓄電池が開発され実用化されている。これら
の電池系では高濃度のアルカリや酸の水溶液が電解液と
して用いられており、極板群は短冊状の極板をセパレー
タを介し正負極交互に重ね合わせて構成されている。
ニッケル・カドミウム蓄電池や鉛蓄電池、最近ではニッ
ケル・水素蓄電池が開発され実用化されている。これら
の電池系では高濃度のアルカリや酸の水溶液が電解液と
して用いられており、極板群は短冊状の極板をセパレー
タを介し正負極交互に重ね合わせて構成されている。
【０００４】しかしながらリチウム電池に代表されるよ
うな有機電解液を主成分とする非水電解液を使用した電
池では電解液の電導度が低いためアルカリや酸の水溶液
を電解液として用いた上記電池系と同程度の厚さを有し
た極板により、極板群を構成すると充分な高負荷特性が
得られない。二次電池の場合、急速充電ができないとい
う問題があった。
うな有機電解液を主成分とする非水電解液を使用した電
池では電解液の電導度が低いためアルカリや酸の水溶液
を電解液として用いた上記電池系と同程度の厚さを有し
た極板により、極板群を構成すると充分な高負荷特性が
得られない。二次電池の場合、急速充電ができないとい
う問題があった。
【０００５】これらの問題を解決するために極板を薄く
して枚数を増やし有効反応面積を大きくして電流密度を
下げることが考えられるが、多枚数のシート状極板は取
扱い難く、極板群の構成が極めて困難であった。
して枚数を増やし有効反応面積を大きくして電流密度を
下げることが考えられるが、多枚数のシート状極板は取
扱い難く、極板群の構成が極めて困難であった。
【０００６】上記の課題を解決するために、シート状の
正極、負極をセパレータを介して、巻回することによ
り、横断面形状が長円形である極板群を構成することが
考えられる。
正極、負極をセパレータを介して、巻回することによ
り、横断面形状が長円形である極板群を構成することが
考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な極板群構成をした場合、極板群のわん曲部と平面部で
は正負極板、セパレータの密着の仕方が異なる。すなわ
ちわん曲部では円筒形の電池と同様に、巻きの中心方向
に極板群が密着する力が働くが平面部ではこの力が弱
く、結果として両者に極間距離の差ができ、充電電流が
大きいと充電反応が均等に行われなくなる。特に充放電
初期においては活物質の充電受入れ性が低いため、両者
の反応性の差は大きく、円筒形と同様の充電レートで初
期の充放電を行うと充填した活物質が十分に活用されな
いため、その後の充放電においても充放電容量が小さか
ったり、所定の充放電容量を得るまで１０サイクル以上
の充放電を繰り返さねばならないという課題を有してい
た。
な極板群構成をした場合、極板群のわん曲部と平面部で
は正負極板、セパレータの密着の仕方が異なる。すなわ
ちわん曲部では円筒形の電池と同様に、巻きの中心方向
に極板群が密着する力が働くが平面部ではこの力が弱
く、結果として両者に極間距離の差ができ、充電電流が
大きいと充電反応が均等に行われなくなる。特に充放電
初期においては活物質の充電受入れ性が低いため、両者
の反応性の差は大きく、円筒形と同様の充電レートで初
期の充放電を行うと充填した活物質が十分に活用されな
いため、その後の充放電においても充放電容量が小さか
ったり、所定の充放電容量を得るまで１０サイクル以上
の充放電を繰り返さねばならないという課題を有してい
た。
【０００８】本発明は上記従来の課題を解決し、高負荷
特性、急速充電特性に優れ、充放電容量の安定した薄形
非水電解液二次電池の製造法を提供することを目的とす
る。
特性、急速充電特性に優れ、充放電容量の安定した薄形
非水電解液二次電池の製造法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】この目的を達成するため
に本発明の薄形非水電解液二次電池の製造法は、長方形
のシート状正極、負極をセパレータを介して巻回するこ
とにより構成した横断面形状が長円形で平坦部と湾曲部
からなる極板群を収容した薄形非水電解液二次電池の初
期充放電において、初回または２回目の充電電流を０．
１５ＣｍＡ以下とするものである。
に本発明の薄形非水電解液二次電池の製造法は、長方形
のシート状正極、負極をセパレータを介して巻回するこ
とにより構成した横断面形状が長円形で平坦部と湾曲部
からなる極板群を収容した薄形非水電解液二次電池の初
期充放電において、初回または２回目の充電電流を０．
１５ＣｍＡ以下とするものである。
【００１０】
【作用】上記本発明の薄形非水電解液二次電池の製造法
により、初回または２回目の充電レートを０.1５ＣｍＡ
以下にすると分極が小さくなるため充電容量がより大き
くなり、結果として全体的に均等に充電反応が進行す
る。一旦充電されれば負極活物質の充電受入性が向上
し、それ以降の充放電サイクルにおいても全体的に均等
に充電反応が行われることとなる。
により、初回または２回目の充電レートを０.1５ＣｍＡ
以下にすると分極が小さくなるため充電容量がより大き
くなり、結果として全体的に均等に充電反応が進行す
る。一旦充電されれば負極活物質の充電受入性が向上
し、それ以降の充放電サイクルにおいても全体的に均等
に充電反応が行われることとなる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例の薄形非水電解液二次
電池の製造法について図面を参照しながら説明する。
電池の製造法について図面を参照しながら説明する。
【００１２】薄形非水電解液リチウム二次電池の横断面
の一例を示す図１において、正極板１は、炭酸リチウム
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と四酸化三コバルト（Ｃｏ3 Ｏ4 ）を
混合して空気中において９００℃で焼成したコバルト酸
リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）を活物質とし、これに導電剤
としてアセチレンブラックを３重量％混合した後、結着
剤としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディスパージ
ョンを７重量％練合してペースト状とした合剤を、アル
ミニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥して圧延し
たものである。またその合剤の一部を剥離し、正極リー
ド板４をスポット溶接している。正極板１の寸法は、幅
３４ｍｍ、長さ９５ｍｍ、厚さは０.1７０ｍｍである。
の一例を示す図１において、正極板１は、炭酸リチウム
（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と四酸化三コバルト（Ｃｏ3 Ｏ4 ）を
混合して空気中において９００℃で焼成したコバルト酸
リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）を活物質とし、これに導電剤
としてアセチレンブラックを３重量％混合した後、結着
剤としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディスパージ
ョンを７重量％練合してペースト状とした合剤を、アル
ミニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥して圧延し
たものである。またその合剤の一部を剥離し、正極リー
ド板４をスポット溶接している。正極板１の寸法は、幅
３４ｍｍ、長さ９５ｍｍ、厚さは０.1７０ｍｍである。
【００１３】また負極板２は、メソフェーズピッチをア
ルゴン雰囲気下において２８００℃で熱処理した球状黒
鉛を活物質とし、結着剤としてポリ四フッ化エチレン樹
脂の水性ディスパージョンを５重量％練合してペースト
状とした合剤を、銅箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥
し圧延したものである。またその端部に負極リード板５
をスポット溶接している。負極板２の寸法は、幅３６ｍ
ｍ、長さ１３２ｍｍ、厚さは０.2０５ｍｍである。
ルゴン雰囲気下において２８００℃で熱処理した球状黒
鉛を活物質とし、結着剤としてポリ四フッ化エチレン樹
脂の水性ディスパージョンを５重量％練合してペースト
状とした合剤を、銅箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥
し圧延したものである。またその端部に負極リード板５
をスポット溶接している。負極板２の寸法は、幅３６ｍ
ｍ、長さ１３２ｍｍ、厚さは０.2０５ｍｍである。
【００１４】ここで、物性、構造の異なる種々の炭素材
について予備検討を進めたところ、粉末Ｘ線回折法によ
る格子面間隔（ｄ002 ）が、０.3４２ｎｍ以下の炭素材
が高容量であり、可逆性にも優れることがわかった。ち
なみに、メソフェーズピッチをアルゴン雰囲気下におい
て２８００℃で熱処理した球状黒鉛は、粉末Ｘ線回折法
による格子面間隔（ｄ002 ）が、０.3４２ｎｍ以下であ
る。
について予備検討を進めたところ、粉末Ｘ線回折法によ
る格子面間隔（ｄ002 ）が、０.3４２ｎｍ以下の炭素材
が高容量であり、可逆性にも優れることがわかった。ち
なみに、メソフェーズピッチをアルゴン雰囲気下におい
て２８００℃で熱処理した球状黒鉛は、粉末Ｘ線回折法
による格子面間隔（ｄ002 ）が、０.3４２ｎｍ以下であ
る。
【００１５】セパレータ３はポリプロピレンからなる多
孔性フィルムを、正極板１および負極板２よりも幅広く
裁断して用いた。
孔性フィルムを、正極板１および負極板２よりも幅広く
裁断して用いた。
【００１６】これらの正負極板１、２、セパレータ３を
図示していないが平板を巻芯として巻回し、セパレータ
３の終端をポリプロピレン製の粘着テープで固定した
後、この平板巻芯を抜き取り、横断面形状が長円形の極
板群を構成した。
図示していないが平板を巻芯として巻回し、セパレータ
３の終端をポリプロピレン製の粘着テープで固定した
後、この平板巻芯を抜き取り、横断面形状が長円形の極
板群を構成した。
【００１７】次に図示していないが下部絶縁板を電池ケ
ース６に挿入した後、極板群を電池ケース６に収容し、
さらに上部絶縁リングを挿入した。電池ケース６の上部
を内方に屈曲して段部を形成した後、正負極板１、２の
リード４、５はそれぞれ、封口板に設けられた互いに絶
縁された端子にスポット溶接し、非水電解液を注入し
た。非水電解液は、エチレンカーボネートおよびジエチ
レンカーボネートを体積比で１：１に混合し、六フッ化
リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）を１モル／リットル溶解
させたものを用いた。然る後、封口して電池をそれぞれ
構成した。この電池の寸法は、厚み６ｍｍ、幅１７ｍ
ｍ、高さ４８ｍｍであり、設計容量は約２００ｍＡｈで
ある。
ース６に挿入した後、極板群を電池ケース６に収容し、
さらに上部絶縁リングを挿入した。電池ケース６の上部
を内方に屈曲して段部を形成した後、正負極板１、２の
リード４、５はそれぞれ、封口板に設けられた互いに絶
縁された端子にスポット溶接し、非水電解液を注入し
た。非水電解液は、エチレンカーボネートおよびジエチ
レンカーボネートを体積比で１：１に混合し、六フッ化
リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）を１モル／リットル溶解
させたものを用いた。然る後、封口して電池をそれぞれ
構成した。この電池の寸法は、厚み６ｍｍ、幅１７ｍ
ｍ、高さ４８ｍｍであり、設計容量は約２００ｍＡｈで
ある。
【００１８】以上のようにして構成した薄形密閉式の非
水電解液リチウム二次電池の初期充放電において初回の
充電電流を０.0５ＣｍＡとしたものを実施例１、０.1５
ＣｍＡとしたものを実施例２とした。またこの電池系で
は初回充電時にガス発生があるので、内圧上昇を避ける
ため容量の約４０％を封口前に充電する場合がある。こ
のような過程を経て封口し、一旦放電した後、２回目の
充電電流を０.0５ＣｍＡとしたものを実施例３、０.1５
ＣｍＡとしたものを実施例４とし、１５サイクルまで放
電容量を評価した。上記以外の充放電電流は０.2ＣｍＡ
である。
水電解液リチウム二次電池の初期充放電において初回の
充電電流を０.0５ＣｍＡとしたものを実施例１、０.1５
ＣｍＡとしたものを実施例２とした。またこの電池系で
は初回充電時にガス発生があるので、内圧上昇を避ける
ため容量の約４０％を封口前に充電する場合がある。こ
のような過程を経て封口し、一旦放電した後、２回目の
充電電流を０.0５ＣｍＡとしたものを実施例３、０.1５
ＣｍＡとしたものを実施例４とし、１５サイクルまで放
電容量を評価した。上記以外の充放電電流は０.2ＣｍＡ
である。
【００１９】また比較例１として充放電電流を全て０.2
ＣｍＡで充放電し評価した。図２に本発明の実施例１〜
４および比較例１の初期１５サイクルの放電容量の変化
を示す。充電終始電圧は４.1Ｖ、放電終止電圧は２.5Ｖ
とした。図２より明らかなように本発明の実施例１〜４
の放電容量が３、４サイクルで安定するのに対し、比較
例１では当初約７０％程度しか充放電せず、１３サイク
ルでようやく安定する。
ＣｍＡで充放電し評価した。図２に本発明の実施例１〜
４および比較例１の初期１５サイクルの放電容量の変化
を示す。充電終始電圧は４.1Ｖ、放電終止電圧は２.5Ｖ
とした。図２より明らかなように本発明の実施例１〜４
の放電容量が３、４サイクルで安定するのに対し、比較
例１では当初約７０％程度しか充放電せず、１３サイク
ルでようやく安定する。
【００２０】これらの結果は以下のように考えられる。
すなわち、シート状の正極板１、負極板２をセパレータ
３を介して、巻回することにより、横断面形状が長円形
の極板群構成とした場合、極板群のわん曲部と平面部で
は正負曲板１、２、セパレータ３の密着の仕方が異な
り、極板群のわん曲部では円筒形の電池と同様に、巻き
の中心方向に極板群が密着する力が働くが平面部ではこ
の力が弱く、結果として両者に極間距離の差ができ、充
電電流が大きいと充電反応が均等に行われなくなる。こ
の電池系では充放電初期においては負極活物質の充電受
入れ性が低いため、両者の反応性の差は大きく、比較例
１のように充電電流が大きいと極板のわん曲部で先に充
電が完了して負極の電位が低下し、終止電圧に達するの
で全体的に充電反応が進行する前に充電が終了すること
になる。
すなわち、シート状の正極板１、負極板２をセパレータ
３を介して、巻回することにより、横断面形状が長円形
の極板群構成とした場合、極板群のわん曲部と平面部で
は正負曲板１、２、セパレータ３の密着の仕方が異な
り、極板群のわん曲部では円筒形の電池と同様に、巻き
の中心方向に極板群が密着する力が働くが平面部ではこ
の力が弱く、結果として両者に極間距離の差ができ、充
電電流が大きいと充電反応が均等に行われなくなる。こ
の電池系では充放電初期においては負極活物質の充電受
入れ性が低いため、両者の反応性の差は大きく、比較例
１のように充電電流が大きいと極板のわん曲部で先に充
電が完了して負極の電位が低下し、終止電圧に達するの
で全体的に充電反応が進行する前に充電が終了すること
になる。
【００２１】一方、本発明の実施例１〜４のように初回
若しくは２回目の充電レートを０.1５ＣｍＡ以下にする
と分極が小さくなるため、充電容量がより大きくなり、
結果として全体的に充電反応が進行する。一旦充電され
れば、負極活物質の充電受入れ性が向上し、それ以降の
サイクルにおいても全体的に充電反応が行われるものと
思われる。
若しくは２回目の充電レートを０.1５ＣｍＡ以下にする
と分極が小さくなるため、充電容量がより大きくなり、
結果として全体的に充電反応が進行する。一旦充電され
れば、負極活物質の充電受入れ性が向上し、それ以降の
サイクルにおいても全体的に充電反応が行われるものと
思われる。
【００２２】初回若しくは２回目の充電レートとしては
０.1５ＣｍＡ以下であれば本発明の効果を得ることはで
きるが、電流が大きいほど容量のばらつきが大きく、逆
に小さすぎると時間がかかりすぎるので、現実的には
０.0５ＣｍＡ以上０.1ＣｍＡ以下の充電レートが好まし
い。
０.1５ＣｍＡ以下であれば本発明の効果を得ることはで
きるが、電流が大きいほど容量のばらつきが大きく、逆
に小さすぎると時間がかかりすぎるので、現実的には
０.0５ＣｍＡ以上０.1ＣｍＡ以下の充電レートが好まし
い。
【００２３】以上のようにシート状の正極板、負極板を
セパレータを介して、巻回することにより構成した、横
断面形状が長円形で平坦部と湾曲部からなる極板群を収
容した薄形非水電解液二次電池の初期充放電において、
初回または２回目の充電電流を０．１５ＣｍＡ以下とす
ることにより、高負荷特性、急速充電特性に優れ、充放
電容量の安定した薄形非水電解液二次電池を得ることが
できた。
セパレータを介して、巻回することにより構成した、横
断面形状が長円形で平坦部と湾曲部からなる極板群を収
容した薄形非水電解液二次電池の初期充放電において、
初回または２回目の充電電流を０．１５ＣｍＡ以下とす
ることにより、高負荷特性、急速充電特性に優れ、充放
電容量の安定した薄形非水電解液二次電池を得ることが
できた。
【００２４】なお本発明の実施例ではリチウムイオンの
インターカレーション／デインターカレーションを利用
したリチウム二次電池について説明したが、ナトリウ
ム、カルシウムなど、他のアルカリ金属、アルカリ土類
金属のイオンを利用した非水電解液二次電池、リチウ
ム、ナトリウム、カルシウムなどのアルカリ金属、アル
カリ土類金属およびその合金を負極とする非水電解液二
次電池でも有効である。
インターカレーション／デインターカレーションを利用
したリチウム二次電池について説明したが、ナトリウ
ム、カルシウムなど、他のアルカリ金属、アルカリ土類
金属のイオンを利用した非水電解液二次電池、リチウ
ム、ナトリウム、カルシウムなどのアルカリ金属、アル
カリ土類金属およびその合金を負極とする非水電解液二
次電池でも有効である。
【００２５】
【発明の効果】以上の実施例の説明により明らかなよう
に本発明の薄形非水電解液二次電池の製造法によれば、
長方形のシート状正極板、負極板をセパレータを介し
て、巻回することにより構成した、横断面形状が長方形
で平坦部と湾曲部からなる極板群を収容した薄形非水電
解液二次電池の初期充放電において、初回または２回目
の充電電流を０．１５ＣｍＡ以下とすることにより、高
負荷特性、急速充電特性に優れ、充放電容量の安定した
薄形非水電解液二次電池を得ることができる。
に本発明の薄形非水電解液二次電池の製造法によれば、
長方形のシート状正極板、負極板をセパレータを介し
て、巻回することにより構成した、横断面形状が長方形
で平坦部と湾曲部からなる極板群を収容した薄形非水電
解液二次電池の初期充放電において、初回または２回目
の充電電流を０．１５ＣｍＡ以下とすることにより、高
負荷特性、急速充電特性に優れ、充放電容量の安定した
薄形非水電解液二次電池を得ることができる。
【図１】（ａ）本発明の実施例の薄形非水電解液電池の
構成を示す横断面図。（ｂ）同（ａ）の極板群構成の要
部を拡大して示す横断面図。
構成を示す横断面図。（ｂ）同（ａ）の極板群構成の要
部を拡大して示す横断面図。
【図２】本発明の実施例１〜４および比較例１、２の薄
形非水電解液二次電池の初期充放電における放電容量の
変化を示すグラフ。
形非水電解液二次電池の初期充放電における放電容量の
変化を示すグラフ。
１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/40
Claims (2)
- 【請求項１】長方形のシート状正極、負極をセパレータ
を介して、巻回することにより構成した、横断面形状が
長方形で平坦部と湾曲部からなる極板群を収容した薄形
非水電解液二次電池の初期充放電において、初回または
２回目の充電電流を０．１５ＣｍＡ以下とする薄形非水
電解液二次電池の製造法。 - 【請求項２】請求項１における充電電流を０．０５Ｃｍ
Ａ以上で０．１ＣｍＡ以下とする薄形非水電解液二次電
池の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23551192A JP3148905B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 薄形非水電解液二次電池の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23551192A JP3148905B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 薄形非水電解液二次電池の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684545A JPH0684545A (ja) | 1994-03-25 |
| JP3148905B2 true JP3148905B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=16987078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23551192A Expired - Lifetime JP3148905B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | 薄形非水電解液二次電池の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3148905B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10199093A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-31 | Nakamichi Corp | チェンジャ−型ディスク再生装置 |
| JP5320854B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2013-10-23 | 日産自動車株式会社 | 非水電解質二次電池の製造方法 |
| JP2017041416A (ja) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
| JP7325471B2 (ja) | 2021-03-30 | 2023-08-14 | プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 | 非水電解液二次電池、および非水電解液二次電池の製造方法 |
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1992
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