JP3316219B2 - 非水電解質電池 - Google Patents
非水電解質電池Info
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- active material
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- electrode
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Cell Separators (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、不織布あるいはマイク
ロポーラスフィルムのような多孔性セパレータと、正極
活物質層または負極活物質層とを一体化した電極を備え
た電池に関するものである。
ロポーラスフィルムのような多孔性セパレータと、正極
活物質層または負極活物質層とを一体化した電極を備え
た電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エレクトロニクスの進歩により、
携帯電話やラップトップパソコン等の電子機器の小型化
が盛んに行われており、電源としての電池に高容量化、
高出力化が切望されるようになってきた。
携帯電話やラップトップパソコン等の電子機器の小型化
が盛んに行われており、電源としての電池に高容量化、
高出力化が切望されるようになってきた。
【０００３】例えば、高容量化及び高出力化が可能なリ
チウム電池では、一般に正極は二酸化マンガン、ＬｉＣ
ｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＦｅＯ2等の活物質を網状ま
たはエキスパンドメタル状の集電体に塗着または充填し
て作製されており、このように、網状またはエキスパン
ドメタル状の集電体を用いた場合には、極板の薄形化に
は限界がある。
チウム電池では、一般に正極は二酸化マンガン、ＬｉＣ
ｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＦｅＯ2等の活物質を網状ま
たはエキスパンドメタル状の集電体に塗着または充填し
て作製されており、このように、網状またはエキスパン
ドメタル状の集電体を用いた場合には、極板の薄形化に
は限界がある。
【０００４】これに対して、特開昭６０−２５３１５７
号公報では、正極集電体としてアルミニウム箔を用い、
この集電体上に正極活物質を主体とするペーストを塗布
して正極を製造することが提案されており、これによっ
て、極板を薄形化及び大面積化することが可能となる。
号公報では、正極集電体としてアルミニウム箔を用い、
この集電体上に正極活物質を主体とするペーストを塗布
して正極を製造することが提案されており、これによっ
て、極板を薄形化及び大面積化することが可能となる。
【０００５】これら非水電解質電池では、充放電の繰り
返しに伴うサイクル劣化は、負極のリチウムの消耗と共
に進行し、負極の消耗速度は充放電時の電流密度に比例
するといわれている。したがって、前述のように、極板
を薄形化及び大面積化ができれば、充放電時の電流密度
を低くすることができ、サイクル寿命を延ばすことが可
能となる。
返しに伴うサイクル劣化は、負極のリチウムの消耗と共
に進行し、負極の消耗速度は充放電時の電流密度に比例
するといわれている。したがって、前述のように、極板
を薄形化及び大面積化ができれば、充放電時の電流密度
を低くすることができ、サイクル寿命を延ばすことが可
能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
電池では、正極と負極との間にセパレータが介在するよ
うに順次積層して電池を構成するか、または積層した後
に渦巻状に卷回して電池を構成しなければならないた
め、積層時のずれや、卷回時の巻きずれによって、正負
極が内部ショートするおそれがある。また、セパレータ
と電極が別体となっているため、どうしても電池内にお
ける活物質の占有率があがらないという問題があった。
電池では、正極と負極との間にセパレータが介在するよ
うに順次積層して電池を構成するか、または積層した後
に渦巻状に卷回して電池を構成しなければならないた
め、積層時のずれや、卷回時の巻きずれによって、正負
極が内部ショートするおそれがある。また、セパレータ
と電極が別体となっているため、どうしても電池内にお
ける活物質の占有率があがらないという問題があった。
【０００７】本発明の非水電解質電池は、多孔性セパレ
ータの一方の面に形成した導電性被膜上に活物質層を形
成した正極及び負極を、そのセパレータの導電性被膜未
形成の他方の面を対極の活物質と対向させた状態で、渦
巻状に卷回したことを特徴とするものである。
ータの一方の面に形成した導電性被膜上に活物質層を形
成した正極及び負極を、そのセパレータの導電性被膜未
形成の他方の面を対極の活物質と対向させた状態で、渦
巻状に卷回したことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明電池の電極は、多孔性セパレータの一方
の面に導電性被膜を形成し、この被膜上に活物質層を配
して、セパレータと電極を一体化しているため、電極を
薄く構成し、電極同志の対向面積を広くできることか
ら、活物質の利用率を高めることが可能となる。また、
電極の対向面積を広くすると、高率放電時に電極間に流
れる電流の電流密度が小さくなるため、負極の消耗速度
を遅くでき、サイクル寿命を向上させることが可能とな
る。
の面に導電性被膜を形成し、この被膜上に活物質層を配
して、セパレータと電極を一体化しているため、電極を
薄く構成し、電極同志の対向面積を広くできることか
ら、活物質の利用率を高めることが可能となる。また、
電極の対向面積を広くすると、高率放電時に電極間に流
れる電流の電流密度が小さくなるため、負極の消耗速度
を遅くでき、サイクル寿命を向上させることが可能とな
る。
【０００９】他方、多孔性セパレータの表面に形成した
導電性被膜は、その表面が凹凸状となるため、集電面積
が広くなって集電性が向上し、更に、金属箔を芯体に用
いた場合に比べると、表面に導電性被膜を形成したセパ
レータは、集電に加えて電解液の保液も行うことができ
ることから、電解液の供給量を増加させることができ
る。
導電性被膜は、その表面が凹凸状となるため、集電面積
が広くなって集電性が向上し、更に、金属箔を芯体に用
いた場合に比べると、表面に導電性被膜を形成したセパ
レータは、集電に加えて電解液の保液も行うことができ
ることから、電解液の供給量を増加させることができ
る。
【００１０】そして、上記電極を渦巻状に卷回した場合
には、電極がセパレータに固定されているので、巻きず
れによって、正負極が直接接触して内部ショートするこ
とが防止できる。
には、電極がセパレータに固定されているので、巻きず
れによって、正負極が直接接触して内部ショートするこ
とが防止できる。
【００１１】
［実施例１］図１(ａ)、(ｂ)及び図３は、何れも本発明
の一実施例にかかり、図１(ａ)及び(ｂ)は正極の断面図
及び平面図、図３は電池の半断面図である。
の一実施例にかかり、図１(ａ)及び(ｂ)は正極の断面図
及び平面図、図３は電池の半断面図である。
【００１２】まず最初に、帯状正極１は次のようにして
作製した。
作製した。
【００１３】マイクロポーラスフィルムからなるセパレ
ータ２の一方の面からアルミニウムを蒸着し、一方の面
にのみアルミニウムからなる導電性被膜３を形成する。
この時、アルミニウムはセパレータの中心付近まで侵入
するが、それ以上の侵入はなく、セパレータの他方の面
にはアルミニウムは存在していない。
ータ２の一方の面からアルミニウムを蒸着し、一方の面
にのみアルミニウムからなる導電性被膜３を形成する。
この時、アルミニウムはセパレータの中心付近まで侵入
するが、それ以上の侵入はなく、セパレータの他方の面
にはアルミニウムは存在していない。
【００１４】また、市販の炭酸コバルトと炭酸リチウム
とを、リチウム原子対コバルト原子が１：１の組成比に
なるよう混合し、空気中で８５０℃で２０時間焼成し
て、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）を作
製し、これを正極活物質とする。このリチウムコバルト
複合酸化物８５重量部と、グラファイト粉末１２重量部
とを混合し、５重量％のポリフッ化ビニリデンを溶かし
たＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を、前記ポリフッ化
ビニリデンが固形粉末として３重量部となるよう混合分
散させてインク状とした。
とを、リチウム原子対コバルト原子が１：１の組成比に
なるよう混合し、空気中で８５０℃で２０時間焼成し
て、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）を作
製し、これを正極活物質とする。このリチウムコバルト
複合酸化物８５重量部と、グラファイト粉末１２重量部
とを混合し、５重量％のポリフッ化ビニリデンを溶かし
たＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を、前記ポリフッ化
ビニリデンが固形粉末として３重量部となるよう混合分
散させてインク状とした。
【００１５】そして、こうして作製したインク状の正極
合剤を、前記セパレータ２の導電性被膜３の上から、活
物質層の厚みが０．０５〜０．２０mmになるよう均一に
塗布し、乾燥して、第１図(ａ)及び(ｂ)に示す帯状の正
極１を作製した。４は正極活物質層であり、帯状正極の
上下端５、６には正極活物質層４は形成されておらず、
セパレータ２に蒸着したアルミニウムからなる導電性被
膜３が露出している。また、７は正極リードであり、こ
の正極リード７は前記導電性被膜３に直接固定されてお
り、正極リード７を固定している導電性被膜３上には活
物質層４は形成されていない。
合剤を、前記セパレータ２の導電性被膜３の上から、活
物質層の厚みが０．０５〜０．２０mmになるよう均一に
塗布し、乾燥して、第１図(ａ)及び(ｂ)に示す帯状の正
極１を作製した。４は正極活物質層であり、帯状正極の
上下端５、６には正極活物質層４は形成されておらず、
セパレータ２に蒸着したアルミニウムからなる導電性被
膜３が露出している。また、７は正極リードであり、こ
の正極リード７は前記導電性被膜３に直接固定されてお
り、正極リード７を固定している導電性被膜３上には活
物質層４は形成されていない。
【００１６】次に、帯状負極は次のようにして作製し
た。
た。
【００１７】マイクロポーラスフィルムからなるセパレ
ータ８の一方の面から銅を蒸着し、一方の面にのみ銅か
らなる導電性被膜を形成する。また、粉砕したピッチコ
ークス９５重量部を、５重量％のポリフッ化ビニリデン
を溶かしたＮ−メチル−２−ピロリドン溶液に、前記ポ
リフッ化ビニリデンが固形粉末として５重量部となるよ
う混合分散させてインク状とした。
ータ８の一方の面から銅を蒸着し、一方の面にのみ銅か
らなる導電性被膜を形成する。また、粉砕したピッチコ
ークス９５重量部を、５重量％のポリフッ化ビニリデン
を溶かしたＮ−メチル−２−ピロリドン溶液に、前記ポ
リフッ化ビニリデンが固形粉末として５重量部となるよ
う混合分散させてインク状とした。
【００１８】そして、こうして作製したインク状の負極
合剤を、前記セパレータ８の導電性被膜の上から、活物
質層の厚みが０．０５〜０．２０mmになるよう均一に塗
布し、乾燥して、前記正極と同様な構成の帯状の負極を
作製した。この負極も、帯状負極の上下端には負極活物
質層９は形成されておらず、セパレータ８に蒸着した銅
からなる導電性被膜が露出しており、負極リード10は前
記導電性被膜に直接固定されている。
合剤を、前記セパレータ８の導電性被膜の上から、活物
質層の厚みが０．０５〜０．２０mmになるよう均一に塗
布し、乾燥して、前記正極と同様な構成の帯状の負極を
作製した。この負極も、帯状負極の上下端には負極活物
質層９は形成されておらず、セパレータ８に蒸着した銅
からなる導電性被膜が露出しており、負極リード10は前
記導電性被膜に直接固定されている。
【００１９】上記セパレータと正極活物質層を一体化し
た帯状正極及び、セパレータと負極活物質層を一体化し
た帯状負極を各１枚積層し、この正負極をそのセパレー
タの導電性被膜未形成面を対極の活物質層と対向させた
状態で、渦巻状に卷回して電極体を構成した。図３はこ
の電極体を用いた電池の半断面図であり、正極リード７
が封口蓋11に接続されると共に、負極リード10が電池外
装缶12に接続されている。また、電解液としては、炭酸
プロピレンと１，２−ジメトキシエタンからなる混合溶
媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を０．７
５mol/dm3溶解した非水電解質を用いている。尚、図４
中、13は絶縁パッキング、14及び15は絶縁板である。
た帯状正極及び、セパレータと負極活物質層を一体化し
た帯状負極を各１枚積層し、この正負極をそのセパレー
タの導電性被膜未形成面を対極の活物質層と対向させた
状態で、渦巻状に卷回して電極体を構成した。図３はこ
の電極体を用いた電池の半断面図であり、正極リード７
が封口蓋11に接続されると共に、負極リード10が電池外
装缶12に接続されている。また、電解液としては、炭酸
プロピレンと１，２−ジメトキシエタンからなる混合溶
媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を０．７
５mol/dm3溶解した非水電解質を用いている。尚、図４
中、13は絶縁パッキング、14及び15は絶縁板である。
【００２０】以上のようにして、直径１３．８mm、高さ
５０mmの円筒形非水電解質二次電池を作製し、この電池
をＡとする。 ［比較例］第２図(ａ)及び(ｂ)は、比較電池の正極の断
面図及び平面図、第４図は、比較電池の半断面図であ
る。
５０mmの円筒形非水電解質二次電池を作製し、この電池
をＡとする。 ［比較例］第２図(ａ)及び(ｂ)は、比較電池の正極の断
面図及び平面図、第４図は、比較電池の半断面図であ
る。
【００２１】正極の芯体16としてアルミニウム箔を用
い、この正極芯体16の両面に夫々前記正極活物質層４を
実施例１と同一の厚みになるよう形成して正極17を作製
し、また、負極の芯体18として銅箔を用い、この負極芯
体18の両面に前記負極活物質層９を実施例１と同一の厚
みになるよう形成して負極を作製した。尚、正極リード
７及び負極リード10は前記正極芯体16及び負極芯体18に
直接固定されており、正極リード７を固定している芯体
上には活物質層は形成されていない。
い、この正極芯体16の両面に夫々前記正極活物質層４を
実施例１と同一の厚みになるよう形成して正極17を作製
し、また、負極の芯体18として銅箔を用い、この負極芯
体18の両面に前記負極活物質層９を実施例１と同一の厚
みになるよう形成して負極を作製した。尚、正極リード
７及び負極リード10は前記正極芯体16及び負極芯体18に
直接固定されており、正極リード７を固定している芯体
上には活物質層は形成されていない。
【００２２】次いで、前記実施例で使用したセパレータ
を導電性被膜を形成せずにそのまま用い、このセパレー
タ19を前記正極及び負極の間に介在させて、渦巻状に卷
回して電極体を作製した。図４はこの電極体を用いた電
池であり、この電池を比較電池Ｂとする。
を導電性被膜を形成せずにそのまま用い、このセパレー
タ19を前記正極及び負極の間に介在させて、渦巻状に卷
回して電極体を作製した。図４はこの電極体を用いた電
池であり、この電池を比較電池Ｂとする。
【００２３】こうして作製した電池Ａ及びＢを、１Ｃ及
び０．１Ｃの電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放
電して、放電特性を測定し、その特性を図５及び図６に
示す。また、上記電池Ａ及びＢを、０．１Ｃの電流で充
電し、電池電圧が４．２Ｖになった時点で充電を停止し
た後、前述と同様の条件で放電を行うサイクル条件で充
放電を繰り返し、サイクル特性を測定した。この結果を
図７に示す。尚、図５及び図６における放電容量は、比
較電池Ｂを０．１Ｃで放電したときの放電容量を１００
％として示しており、図７における放電容量は、各電池
の初期の放電容量を１００％として示している。
び０．１Ｃの電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放
電して、放電特性を測定し、その特性を図５及び図６に
示す。また、上記電池Ａ及びＢを、０．１Ｃの電流で充
電し、電池電圧が４．２Ｖになった時点で充電を停止し
た後、前述と同様の条件で放電を行うサイクル条件で充
放電を繰り返し、サイクル特性を測定した。この結果を
図７に示す。尚、図５及び図６における放電容量は、比
較電池Ｂを０．１Ｃで放電したときの放電容量を１００
％として示しており、図７における放電容量は、各電池
の初期の放電容量を１００％として示している。
【００２４】これらの結果より、本発明電池Ａは、比較
電池Ｂより放電容量が増加し、充放電サイクルの経過に
伴う放電容量の低下も小さく抑えられていることがわか
る。
電池Ｂより放電容量が増加し、充放電サイクルの経過に
伴う放電容量の低下も小さく抑えられていることがわか
る。
【００２５】本発明電池Ａの放電容量が比較電池Ｂに比
べて大きくなっているのは、本発明電池Ａでは比較電池
Ｂに比べて電極が長くなり電極同志の対向面積が広くな
ることにより、活物質の利用率が高くなったためと考え
られ、１Ｃ電流という高率放電の際に、特にその効果が
表れている。
べて大きくなっているのは、本発明電池Ａでは比較電池
Ｂに比べて電極が長くなり電極同志の対向面積が広くな
ることにより、活物質の利用率が高くなったためと考え
られ、１Ｃ電流という高率放電の際に、特にその効果が
表れている。
【００２６】また、本発明電池Ａが比較電池Ｂよりサイ
クル特性が向上しているのは、本発明電池Ａでは、電極
芯体として多孔性のセパレータの表面に形成した導電性
被膜を用いているため、芯体の表面が凹凸状となり集電
面積が広くなって集電性が向上すること、及び電極の対
向面積が広く、高率放電時に電極間に流れる電流密度が
小さくなるため、負極の消耗速度が遅くなること、更
に、比較電池Ｂでは電解液の保液に関与できない芯体
が、本発明電池Ａでは電解液の保液を行うこともでき、
電解液の供給量が増することに起因しているものと考え
られる。
クル特性が向上しているのは、本発明電池Ａでは、電極
芯体として多孔性のセパレータの表面に形成した導電性
被膜を用いているため、芯体の表面が凹凸状となり集電
面積が広くなって集電性が向上すること、及び電極の対
向面積が広く、高率放電時に電極間に流れる電流密度が
小さくなるため、負極の消耗速度が遅くなること、更
に、比較電池Ｂでは電解液の保液に関与できない芯体
が、本発明電池Ａでは電解液の保液を行うこともでき、
電解液の供給量が増することに起因しているものと考え
られる。
【００２７】以上の実施例では、セパレータにマイクロ
ポーラスフィルムを用い、蒸着によって導電性被膜を形
成したが、セパレータとしては、不織布または織布など
の多孔性セパレータを用いても良く、導電性被膜の形成
も、蒸着に代えてメッキまたはスパッタなどによって形
成しても同様な効果が得られる。
ポーラスフィルムを用い、蒸着によって導電性被膜を形
成したが、セパレータとしては、不織布または織布など
の多孔性セパレータを用いても良く、導電性被膜の形成
も、蒸着に代えてメッキまたはスパッタなどによって形
成しても同様な効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の非水電解質電池は、多孔性セパ
レータの一方の面に形成した導電性被膜上に活物質層を
形成したものであり、電極を薄く構成でき、電極の対向
面積を広くすることが可能となるため、活物質の利用率
が向上すると共に、電極の集電性及び電解液の保液性が
向上してサイクル特性を向上させることができる。
レータの一方の面に形成した導電性被膜上に活物質層を
形成したものであり、電極を薄く構成でき、電極の対向
面積を広くすることが可能となるため、活物質の利用率
が向上すると共に、電極の集電性及び電解液の保液性が
向上してサイクル特性を向上させることができる。
【００２９】また、本発明の電池は、前記セパレータの
導電性被膜未形成の他方の面を対極の活物質層と対向さ
せた状態で、渦巻状に卷回して構成しており、活物質層
がセパレータに固定されているので、巻きずれによって
正負極が直接接触して内部ショートを引き起こすことを
防止でき、電池の信頼性が向上する。
導電性被膜未形成の他方の面を対極の活物質層と対向さ
せた状態で、渦巻状に卷回して構成しており、活物質層
がセパレータに固定されているので、巻きずれによって
正負極が直接接触して内部ショートを引き起こすことを
防止でき、電池の信頼性が向上する。
【図１】(ａ)は本発明の正極の断面図、(ｂ)は本発明の
正極の平面図である。
正極の平面図である。
【図２】(ａ)は比較電池の正極の断面図、(ｂ)は比較電
池の正極の平面図である。
池の正極の平面図である。
【図３】本発明電池の半断面図である。
【図４】比較電池の半断面図である。
【図５】本発明電池Ａ及び比較電池Ｂを１Ｃの電流で放
電した際の放電特性図である。
電した際の放電特性図である。
【図６】本発明電池Ａ及び比較電池Ｂを０．１Ｃの電流
で放電した際の放電特性図である。
で放電した際の放電特性図である。
【図７】本発明電池Ａ及び比較電池Ｂのサイクル特性図
である。
である。
１ 正極 ２、８ セパレータ ３ 導電性被膜 ４ 正極活物質層 ９ 負極活物質層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−294756（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 6/16 H01M 2/16 - 2/18
Claims (1)
- 【請求項１】 多孔性セパレータの一方の面に形成した
導電性被膜上に活物質層を形成してなる正極及び負極を
備え、前記正極及び負極は、そのセパレータの導電性被
膜未形成面を対極の活物質層と対向させた状態で、渦巻
状に卷回されていることを特徴とする非水電解質電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256191A JP3316219B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 非水電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17256191A JP3316219B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 非水電解質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521069A JPH0521069A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3316219B2 true JP3316219B2 (ja) | 2002-08-19 |
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ID=15944138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17256191A Expired - Fee Related JP3316219B2 (ja) | 1991-07-12 | 1991-07-12 | 非水電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3316219B2 (ja) |
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