JP3512082B2 - 薄形リチウム電池とその製造方法 - Google Patents
薄形リチウム電池とその製造方法Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄形リチウム電池と
その製造方法に関するもので、さらに詳しくは、薄形リ
チウム電池の正極合剤および負極合剤の改良と、これら
正極合剤および負極合剤を用いた薄形リチウム電池の製
造方法の改良に関するものである。
その製造方法に関するもので、さらに詳しくは、薄形リ
チウム電池の正極合剤および負極合剤の改良と、これら
正極合剤および負極合剤を用いた薄形リチウム電池の製
造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話、ＰＨＳ、小型パーソナ
ルコンピュータなどの携帯機器類は、エレクトロニクス
技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの
機器類に用いられる電源としての電池においても小型
化、軽量化が求められるようになってきている。
ルコンピュータなどの携帯機器類は、エレクトロニクス
技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの
機器類に用いられる電源としての電池においても小型
化、軽量化が求められるようになってきている。
【０００３】このような用途に期待できる電池の１つと
してリチウム電池があるが、既に実用化されているリチ
ウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高
容量化、長寿命化のための研究が進められている。
してリチウム電池があるが、既に実用化されているリチ
ウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高
容量化、長寿命化のための研究が進められている。
【０００４】上記した種々のリチウム電池はいずれも円
筒形が中心である。一方、リチウム一次電池においては
固体電解質を用い、プリント技術を応用した製法により
薄形形状のものも実用化されているが、このような薄形
電池はリチウム二次電池やリチウムイオン二次電池にお
いては未だ実用化には至っていない。
筒形が中心である。一方、リチウム一次電池においては
固体電解質を用い、プリント技術を応用した製法により
薄形形状のものも実用化されているが、このような薄形
電池はリチウム二次電池やリチウムイオン二次電池にお
いては未だ実用化には至っていない。
【０００５】この理由として、以下のような要因が挙げ
られる。すなわち、円筒形電池の場合、正極、負極、お
よびセパレータからなる極群を円筒形の電槽に挿入した
後に液体状の電解液を注液するため、極群を加圧するこ
とにより活物質の電気的接触を保持することが容易であ
るのに対し、薄形電池の場合、正極と負極を電解質を介
して対向させているため、電極を加圧することが困難で
あり、電解液の膨潤により活物質の電気的接触が破壊さ
れ、サイクル寿命が短かくなるという欠点があった。
られる。すなわち、円筒形電池の場合、正極、負極、お
よびセパレータからなる極群を円筒形の電槽に挿入した
後に液体状の電解液を注液するため、極群を加圧するこ
とにより活物質の電気的接触を保持することが容易であ
るのに対し、薄形電池の場合、正極と負極を電解質を介
して対向させているため、電極を加圧することが困難で
あり、電解液の膨潤により活物質の電気的接触が破壊さ
れ、サイクル寿命が短かくなるという欠点があった。
【０００６】そこで従来より、薄形リチウム二次電池に
おいては、正極合剤および負極合剤中に混合する結着剤
を調製することにより、活物質の電子伝導性およびイオ
ン伝導性を保持し、サイクル寿命を向上させる研究が行
われている。上記結着剤としては、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）などのフッ素系ポリマーが用いられており、これら
を正極活物質および負極活物質と共にＮ−メチル−２−
ピロリドンなどの溶媒に溶解して混合したものを正極合
剤および負極合剤とし、それぞれ集電体に塗布した後に
乾燥させてプレスする方法で正極および負極が製造され
ている。
おいては、正極合剤および負極合剤中に混合する結着剤
を調製することにより、活物質の電子伝導性およびイオ
ン伝導性を保持し、サイクル寿命を向上させる研究が行
われている。上記結着剤としては、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）などのフッ素系ポリマーが用いられており、これら
を正極活物質および負極活物質と共にＮ−メチル−２−
ピロリドンなどの溶媒に溶解して混合したものを正極合
剤および負極合剤とし、それぞれ集電体に塗布した後に
乾燥させてプレスする方法で正極および負極が製造され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の薄形リ
チウム電池では、結着剤であるＰＴＦＥやＰＶＤＦなど
を正極活物質および負極活物質と共に溶解させるＮ−メ
チル−２−ピロリドンなどの溶媒を乾燥によって完全に
除去する必要があり、これが残存するとサイクル寿命特
性の劣化原因の１つとなると共に、製造工程も複雑化す
るという問題点があった。
チウム電池では、結着剤であるＰＴＦＥやＰＶＤＦなど
を正極活物質および負極活物質と共に溶解させるＮ−メ
チル−２−ピロリドンなどの溶媒を乾燥によって完全に
除去する必要があり、これが残存するとサイクル寿命特
性の劣化原因の１つとなると共に、製造工程も複雑化す
るという問題点があった。
【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、特殊な製造工程などを必要としなくても安定し
た電池性能を得ることができる薄形リチウム電池を提供
することを目的としたものである。
であり、特殊な製造工程などを必要としなくても安定し
た電池性能を得ることができる薄形リチウム電池を提供
することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１は、正極と負極とを電解質層を介して
対向させた薄形リチウム電池において、前記正極を形成
する合剤および前記負極を形成する合剤が、少なくとも
電極活物質、電解液および結着剤として分子鎖末端に重
合性官能基を有するモノマーを混合したものであり、前
記モノマーの重合により活物質間の結着性を有すること
を特徴とするものである。さらに望ましくは、前記モノ
マーの分子量が２０００以下であり、前記モノマーを単
独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度が、
重量百分率で１３０％以下、あるいは体積百分率で１３
０％以下であり、さらに言えば、前記モノマーの構造
が、化５および化６で示される構造のうち少なくとも１
つから選択されることが望ましい。
め、本発明の第１は、正極と負極とを電解質層を介して
対向させた薄形リチウム電池において、前記正極を形成
する合剤および前記負極を形成する合剤が、少なくとも
電極活物質、電解液および結着剤として分子鎖末端に重
合性官能基を有するモノマーを混合したものであり、前
記モノマーの重合により活物質間の結着性を有すること
を特徴とするものである。さらに望ましくは、前記モノ
マーの分子量が２０００以下であり、前記モノマーを単
独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度が、
重量百分率で１３０％以下、あるいは体積百分率で１３
０％以下であり、さらに言えば、前記モノマーの構造
が、化５および化６で示される構造のうち少なくとも１
つから選択されることが望ましい。
【００１０】
【化５】
【００１１】
【化６】
【００１２】また、前記電解質層が有機ポリマーによっ
て構成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用
有機ポリマーが、前記結着剤としてのポリマーとは異種
の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有する異
なるポリマーであることが望ましい。さらにつけ加えれ
ば、前記電解液の溶媒が、環状エステル、鎖状エステ
ル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミド、鎖状ア
ミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２種以上から
選択されることが望ましい。
て構成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用
有機ポリマーが、前記結着剤としてのポリマーとは異種
の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有する異
なるポリマーであることが望ましい。さらにつけ加えれ
ば、前記電解液の溶媒が、環状エステル、鎖状エステ
ル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミド、鎖状ア
ミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２種以上から
選択されることが望ましい。
【００１３】また、上記課題を解決するため、本発明の
第２は、少なくとも正極活物質、電解液および結着剤を
混合して得た正極合剤を正極集電体上に塗布することに
より正極を形成する工程と、少なくとも負極活物質、電
解液および結着剤を混合して得た負極合剤を負極集電体
上に塗布することにより負極を形成する工程と、前記正
極と負極とを電解質を介して対向させると共にその端部
を接着剤で封止する工程とからなる薄形リチウム電池の
製造方法において、前記結着剤が、分子鎖末端に重合性
官能基を有する好ましくは分子量２０００以下のモノマ
ーの状態で正極合剤および負極合剤中に混合され、正極
集電体上および負極集電体上に塗布した後、重合によっ
て活物質間を結着させるポリマーを形成することを特徴
とするものである。さらに望ましくは、前記モノマーを
単独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度
が、重量百分率で１３０％以下、あるいは体積百分率で
１３０％以下であり、さらに言えば、前記モノマーの構
造が、化７および化８で示される構造のうち少なくとも
１つから選択されることが望ましい。
第２は、少なくとも正極活物質、電解液および結着剤を
混合して得た正極合剤を正極集電体上に塗布することに
より正極を形成する工程と、少なくとも負極活物質、電
解液および結着剤を混合して得た負極合剤を負極集電体
上に塗布することにより負極を形成する工程と、前記正
極と負極とを電解質を介して対向させると共にその端部
を接着剤で封止する工程とからなる薄形リチウム電池の
製造方法において、前記結着剤が、分子鎖末端に重合性
官能基を有する好ましくは分子量２０００以下のモノマ
ーの状態で正極合剤および負極合剤中に混合され、正極
集電体上および負極集電体上に塗布した後、重合によっ
て活物質間を結着させるポリマーを形成することを特徴
とするものである。さらに望ましくは、前記モノマーを
単独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度
が、重量百分率で１３０％以下、あるいは体積百分率で
１３０％以下であり、さらに言えば、前記モノマーの構
造が、化７および化８で示される構造のうち少なくとも
１つから選択されることが望ましい。
【００１４】
【化７】
【００１５】
【化８】
【００１６】また、前記電解質層が有機ポリマーによっ
て構成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用
有機ポリマーが、前記結着剤としてのポリマーとは異種
の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有する異
なるポリマーであることが望ましい。さらにつけ加えれ
ば、前記電解液の溶媒が、環状エステル、鎖状エステ
ル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミド、鎖状ア
ミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２種以上から
選択されることが望ましい。さらに望ましくは、前記結
着剤のポリマー形成方法が、電離性放射線照射による重
合であることを特徴とするものである。
て構成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用
有機ポリマーが、前記結着剤としてのポリマーとは異種
の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有する異
なるポリマーであることが望ましい。さらにつけ加えれ
ば、前記電解液の溶媒が、環状エステル、鎖状エステ
ル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミド、鎖状ア
ミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２種以上から
選択されることが望ましい。さらに望ましくは、前記結
着剤のポリマー形成方法が、電離性放射線照射による重
合であることを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】したがって、本発明は、正極合剤および負極合
剤中に結着剤として、分子鎖末端に重合性官能基を有す
る分子量２０００以下のモノマーを混合し、集電体上へ
の塗布後重合させることにより、活物質間の結着性を有
するものとし、かつ、前記モノマーの分子量や前記モノ
マーを単独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨
潤度、モノマーの構造、電解液層の有機ポリマーの構
造、および電解液溶媒の構造を規定することにより、活
物質の電気的接触を保持し、初期容量およびサイクル寿
命に優れた薄形リチウム電池を提供することができるも
のである。
剤中に結着剤として、分子鎖末端に重合性官能基を有す
る分子量２０００以下のモノマーを混合し、集電体上へ
の塗布後重合させることにより、活物質間の結着性を有
するものとし、かつ、前記モノマーの分子量や前記モノ
マーを単独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨
潤度、モノマーの構造、電解液層の有機ポリマーの構
造、および電解液溶媒の構造を規定することにより、活
物質の電気的接触を保持し、初期容量およびサイクル寿
命に優れた薄形リチウム電池を提供することができるも
のである。
【００１８】さらに、本発明は、前記結着剤を分子鎖末
端に重合性官能基を有する分子量２０００以下のモノマ
ーとして正極合剤および負極合剤中に混合し、正極集電
体上および負極集電体上に塗布した後、重合によって活
物質間を結着させるポリマーを形成することとし、か
つ、前記モノマーの分子量や前記モノマーを単独で重合
したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度、モノマーの
構造、電解液層の有機ポリマーの構造、および電解液溶
媒の構造を規定することにより、溶媒除去などの特殊な
製造工程を必要としなくても初期容量およびサイクル寿
命に優れた薄形リチウム電池の製造方法を提供すること
ができるものである。
端に重合性官能基を有する分子量２０００以下のモノマ
ーとして正極合剤および負極合剤中に混合し、正極集電
体上および負極集電体上に塗布した後、重合によって活
物質間を結着させるポリマーを形成することとし、か
つ、前記モノマーの分子量や前記モノマーを単独で重合
したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度、モノマーの
構造、電解液層の有機ポリマーの構造、および電解液溶
媒の構造を規定することにより、溶媒除去などの特殊な
製造工程を必要としなくても初期容量およびサイクル寿
命に優れた薄形リチウム電池の製造方法を提供すること
ができるものである。
【００１９】なお、前記モノマーの分子量が２０００以
上となると、電解液溶媒に対する膨潤度が重量百分率で
１３０％以上又は体積百分率で１３０％以上となり、活
物質の電気的接触が保持できなくなるため好ましくな
い。
上となると、電解液溶媒に対する膨潤度が重量百分率で
１３０％以上又は体積百分率で１３０％以上となり、活
物質の電気的接触が保持できなくなるため好ましくな
い。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細について実施
例に基づき説明する。図１に本発明の薄形リチウム電池
の断面図を示す。図１において、１は正極活物質である
コバルト酸リチウムを主成分とし、γ−ブチロラクトン
に１モル／リットルのＬｉＢＦ4 を溶解した電解液およ
び分子内にアルキル鎖とエステル構造を持ち、分子末端
にアクリル基を持つアクリレートモノマーを重合した結
着剤を含む正極合剤であり、アルミ箔からなる正極集電
板３上に塗布されてなる。また、２は負極活物質である
カーボンを主成分とし、前記正極合剤１と同様の電解液
および結着剤を含む負極合剤であり、銅箔からなる負極
集電板４上に塗布されてなる。なお、前記正極合剤１と
負極合剤２は、各極活物質、電解液および結着剤の原料
であるアクリレートモノマーを混合し、各極集電体上に
塗布した後、電子線照射によりモノマーを重合させて結
着剤であるポリマーを形成させたものである。また、前
記正極合剤１と負極合剤２は、前記電解液およびポリエ
チレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合
体の構造を持ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリ
レートモノマーを重合したポリマーを主成分とするゲル
状の電解質５を介して対向させ、端部を接着剤で封止さ
れてなるものである。
例に基づき説明する。図１に本発明の薄形リチウム電池
の断面図を示す。図１において、１は正極活物質である
コバルト酸リチウムを主成分とし、γ−ブチロラクトン
に１モル／リットルのＬｉＢＦ4 を溶解した電解液およ
び分子内にアルキル鎖とエステル構造を持ち、分子末端
にアクリル基を持つアクリレートモノマーを重合した結
着剤を含む正極合剤であり、アルミ箔からなる正極集電
板３上に塗布されてなる。また、２は負極活物質である
カーボンを主成分とし、前記正極合剤１と同様の電解液
および結着剤を含む負極合剤であり、銅箔からなる負極
集電板４上に塗布されてなる。なお、前記正極合剤１と
負極合剤２は、各極活物質、電解液および結着剤の原料
であるアクリレートモノマーを混合し、各極集電体上に
塗布した後、電子線照射によりモノマーを重合させて結
着剤であるポリマーを形成させたものである。また、前
記正極合剤１と負極合剤２は、前記電解液およびポリエ
チレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合
体の構造を持ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリ
レートモノマーを重合したポリマーを主成分とするゲル
状の電解質５を介して対向させ、端部を接着剤で封止さ
れてなるものである。
【００２１】前記正極合剤１と負極合剤２に含有させた
結着剤の原料である化９で示されるアクリレートモノマ
ーの平均分子量は約４００であり、重合によって形成さ
れるポリマーの電解液による膨潤度は体積百分率で１２
５％である。
結着剤の原料である化９で示されるアクリレートモノマ
ーの平均分子量は約４００であり、重合によって形成さ
れるポリマーの電解液による膨潤度は体積百分率で１２
５％である。
【００２２】
【化９】
【００２３】一方、電解質５に含有させたポリマーの原
料であるアクリレートモノマーの平均分子量は約８００
０であり、重合によって形成されるポリマーの電解液に
よる膨潤度は体積百分率で３５０％である。
料であるアクリレートモノマーの平均分子量は約８００
０であり、重合によって形成されるポリマーの電解液に
よる膨潤度は体積百分率で３５０％である。
【００２４】以上のような原料および製法により、容量
１０ｍＡｈの薄形リチウム電池を作製し、本発明電池Ａ
とした。
１０ｍＡｈの薄形リチウム電池を作製し、本発明電池Ａ
とした。
【００２５】同様に、正極合剤１および負極合剤２に含
有させる結着剤として、電解質５に使用しているものよ
り分子量の小さいポリエチレンオキサイドの構造を持
ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリレートモノマ
ーを重合したポリマーを使用し、その他の条件は同一の
原料および製法により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウム
電池を作製し、比較電池Ｂとした。なお、比較電池Ｂに
使用した結着剤の原料であるアクリレートモノマーの平
均分子量は約２０００であり、重合によって形成される
ポリマーの電解液による膨潤度は体積百分率で２００％
である。
有させる結着剤として、電解質５に使用しているものよ
り分子量の小さいポリエチレンオキサイドの構造を持
ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリレートモノマ
ーを重合したポリマーを使用し、その他の条件は同一の
原料および製法により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウム
電池を作製し、比較電池Ｂとした。なお、比較電池Ｂに
使用した結着剤の原料であるアクリレートモノマーの平
均分子量は約２０００であり、重合によって形成される
ポリマーの電解液による膨潤度は体積百分率で２００％
である。
【００２６】また、正極合剤１および負極合剤２に含有
させる結着剤として、電解質５と同じポリエチレンオキ
サイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体の構造を
持ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリレートモノ
マーを重合したポリマーを使用し、その他の条件は同一
の原料および製法により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウ
ム電池を作製し、比較電池Ｃとした。
させる結着剤として、電解質５と同じポリエチレンオキ
サイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体の構造を
持ち、分子末端にアクリル基を持ったアクリレートモノ
マーを重合したポリマーを使用し、その他の条件は同一
の原料および製法により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウ
ム電池を作製し、比較電池Ｃとした。
【００２７】さらに、正極合剤１および負極合剤２に含
有させる結着剤として、ＰＶＤＦを使用し、前記正極合
剤１および負極合剤２は、各極活物質および結着剤の原
料であるＰＶＤＦをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解
した溶液を混合し、各極集電体上に塗布した後乾燥さ
せ、さらにプレスした後に電解液を注液する方法で形成
させたものとし、その他の条件は同一の原料および製法
により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウム電池を作製し、
従来電池Ｄとした。なお、ＰＶＤＦの電解液による膨潤
度は体積百分率で１６０％である。
有させる結着剤として、ＰＶＤＦを使用し、前記正極合
剤１および負極合剤２は、各極活物質および結着剤の原
料であるＰＶＤＦをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解
した溶液を混合し、各極集電体上に塗布した後乾燥さ
せ、さらにプレスした後に電解液を注液する方法で形成
させたものとし、その他の条件は同一の原料および製法
により、容量１０ｍＡｈの薄形リチウム電池を作製し、
従来電池Ｄとした。なお、ＰＶＤＦの電解液による膨潤
度は体積百分率で１６０％である。
【００２８】次に、これらの本発明電池Ａ、比較電池
Ｂ、Ｃ、および従来電池Ｃについて、充放電サイクル試
験を行い、その結果得られたサイクル数と放電容量の関
係を図２に示す。なお、試験条件は、２０℃の温度下で
１ｍＡの電流で終止電圧４．２Ｖまで充電した後、１ｍ
Ａの電流で終止電圧２．７Ｖまで放電したものである。
図２から、従来電池Ｄの初期容量は設計容量のほぼ８０
％が得られているが、サイクルを経過すると急激に容量
が低下し、５サイクル目には設計容量の５０％を下回る
ことが分かった。この原因として、電解液によってＰＶ
ＤＦが膨潤することにより、電極中の活物質が電子的に
孤立するためと考えられる。また、充放電時にリチウム
イオンが移動することにより電解液の移動および活物質
の膨張収縮が生じるが、ＰＶＤＦによる活物質の膨張収
縮の抑制が困難であるため、サイクル進行と共に急激な
容量の低下が発生するものと考えられる。
Ｂ、Ｃ、および従来電池Ｃについて、充放電サイクル試
験を行い、その結果得られたサイクル数と放電容量の関
係を図２に示す。なお、試験条件は、２０℃の温度下で
１ｍＡの電流で終止電圧４．２Ｖまで充電した後、１ｍ
Ａの電流で終止電圧２．７Ｖまで放電したものである。
図２から、従来電池Ｄの初期容量は設計容量のほぼ８０
％が得られているが、サイクルを経過すると急激に容量
が低下し、５サイクル目には設計容量の５０％を下回る
ことが分かった。この原因として、電解液によってＰＶ
ＤＦが膨潤することにより、電極中の活物質が電子的に
孤立するためと考えられる。また、充放電時にリチウム
イオンが移動することにより電解液の移動および活物質
の膨張収縮が生じるが、ＰＶＤＦによる活物質の膨張収
縮の抑制が困難であるため、サイクル進行と共に急激な
容量の低下が発生するものと考えられる。
【００２９】これに対し、比較電池Ｂは初期容量は設計
容量のほぼ９０％が得られているが、サイクルを経過す
るとやはり急激に容量が低下し、１０サイクル目に設計
容量の５０％を下回ることが分かった。比較電池Ｃにつ
いてはさらにこの傾向が大きくなり、初期容量から設計
容量の２０％しか得られず、３サイクル目には設計容量
の１０％を下回ることが分かった。この原因として、比
較電池ＢおよびＣに用いた結着剤であるポリマーが電解
液と親和性の高いポリエチレンオキサイドを分子内に持
つため、電解液に対する膨潤度が大きく、初期充電時に
電解液によって合剤が膨潤し、電極中の活物質が電子的
に孤立するためと考えられる。また、充放電時のリチウ
ムイオンの移動による電解液の移動および活物質の膨張
収縮のためさらに合剤が膨潤し、サイクル進行と共に急
激な容量の低下が発生するものと考えられる。
容量のほぼ９０％が得られているが、サイクルを経過す
るとやはり急激に容量が低下し、１０サイクル目に設計
容量の５０％を下回ることが分かった。比較電池Ｃにつ
いてはさらにこの傾向が大きくなり、初期容量から設計
容量の２０％しか得られず、３サイクル目には設計容量
の１０％を下回ることが分かった。この原因として、比
較電池ＢおよびＣに用いた結着剤であるポリマーが電解
液と親和性の高いポリエチレンオキサイドを分子内に持
つため、電解液に対する膨潤度が大きく、初期充電時に
電解液によって合剤が膨潤し、電極中の活物質が電子的
に孤立するためと考えられる。また、充放電時のリチウ
ムイオンの移動による電解液の移動および活物質の膨張
収縮のためさらに合剤が膨潤し、サイクル進行と共に急
激な容量の低下が発生するものと考えられる。
【００３０】一方、本発明電池Ａは充放電初期より設計
容量のほぼ１００％が得られており、さらに１００サイ
クル経過後も容量の低下はほとんど見られないことが分
かった。この原因として、本発明電池Ａに用いた結着剤
であるポリマーが分子網目の小さい架橋性ポリマーであ
り、また、電解液と親和性の低いアルキル鎖を分子内に
持つため、電解液に対する膨潤度が小さく、初期充電時
に合剤が膨潤することはなく、電極中の活物質が電子的
に孤立することもないためと考えられる。また、充放電
時のリチウムイオンの移動による電解液の移動および活
物質の膨張収縮についても、ポリマーの分子網目が小さ
いために合剤の膨張を抑制し、サイクル進行による容量
の低下も抑制するものと考えられる。
容量のほぼ１００％が得られており、さらに１００サイ
クル経過後も容量の低下はほとんど見られないことが分
かった。この原因として、本発明電池Ａに用いた結着剤
であるポリマーが分子網目の小さい架橋性ポリマーであ
り、また、電解液と親和性の低いアルキル鎖を分子内に
持つため、電解液に対する膨潤度が小さく、初期充電時
に合剤が膨潤することはなく、電極中の活物質が電子的
に孤立することもないためと考えられる。また、充放電
時のリチウムイオンの移動による電解液の移動および活
物質の膨張収縮についても、ポリマーの分子網目が小さ
いために合剤の膨張を抑制し、サイクル進行による容量
の低下も抑制するものと考えられる。
【００３１】更に、化１０に示されるモノマーを用いた
系においても上記と同様の結果が得られた。
系においても上記と同様の結果が得られた。
【００３２】
【化１０】
【００３３】
【発明の効果】上記の通り、本発明の薄形リチウム電池
およびその製造方法は、正極合剤および負極合剤中に結
着剤として、分子鎖末端に重合性官能基を有する分子量
２０００以下のモノマーを混合し、集電体上への塗布後
重合させることにより、活物質間の結着性を有するもの
とし、かつ、前記モノマーの分子量や前記モノマーを単
独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度、モ
ノマーの構造、電解液層の有機ポリマーの構造、および
電解液溶媒の構造を規定することにより、電極中の活物
質の電気的接触を保持すると共に合剤の膨張を抑制する
ため、特殊な製造工程を必要としなくても初期容量およ
びサイクル寿命に優れた薄形リチウム電池を提供するこ
とができる。
およびその製造方法は、正極合剤および負極合剤中に結
着剤として、分子鎖末端に重合性官能基を有する分子量
２０００以下のモノマーを混合し、集電体上への塗布後
重合させることにより、活物質間の結着性を有するもの
とし、かつ、前記モノマーの分子量や前記モノマーを単
独で重合したポリマーの電解液溶媒に対する膨潤度、モ
ノマーの構造、電解液層の有機ポリマーの構造、および
電解液溶媒の構造を規定することにより、電極中の活物
質の電気的接触を保持すると共に合剤の膨張を抑制する
ため、特殊な製造工程を必要としなくても初期容量およ
びサイクル寿命に優れた薄形リチウム電池を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の薄形リチウム電池の断面図である。
【図２】本発明電池Ａ、比較電池Ｂ、Ｃ、および従来電
池Ｃについて、充放電サイクル試験を行ったときのサイ
クル数と放電容量の関係を示した図である。
池Ｃについて、充放電サイクル試験を行ったときのサイ
クル数と放電容量の関係を示した図である。
１ 正極合剤
２ 負極合剤
３ 正極集電体
４ 負極集電体
５ 電解質
６ 接着剤
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−124562（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−169873（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−243896（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−223876（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−150906（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/62
Claims (11)
- 【請求項１】 正極と負極とを電解質層を介して対向さ
せた薄形リチウム電池において、前記正極を形成する合
剤および前記負極を形成する合剤が、少なくとも電極活
物質、電解液および結着剤として分子鎖末端に重合性官
能基を有し、化１および化２で示される構造のうち少な
くとも１つから選択される構造を有するモノマーを混合
したものであり、前記モノマーの重合により活物質間の
結着性を有することを特徴とする薄形リチウム電池。
（但し、化１においてｍ≠０のときｋ＝０である場合を
除く） 【化１】 【化２】 - 【請求項２】 前記モノマーの分子量が、２０００以下
である請求項１記載の薄形リチウム電池。 - 【請求項３】 前記モノマーを単独で重合したポリマー
の電解液溶媒に対する膨潤度が、重量百分率で１３０％
以下、あるいは体積百分率で１３０％以下である請求項
１記載の薄形リチウム電池。 - 【請求項４】 前記電解質層が有機ポリマーによって構
成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用有機
ポリマーが、請求項１記載の結着剤としてのポリマーと
は異種の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有
する異なるポリマーである請求項１記載の薄形リチウム
電池。 - 【請求項５】 前記電解液の溶媒が、環状エステル、鎖
状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミ
ド、鎖状アミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２
種以上から選択されている請求項１記載の薄形リチウム
電池。 - 【請求項６】 少なくとも正極活物質、電解液および結
着剤を混合して得た正極合剤を正極集電体上に塗布する
ことにより正極を形成する工程と、少なくとも負極活物
質、電解液および結着剤を混合して得た負極合剤を負極
集電体上に塗布することにより負極を形成する工程と、
前記正極と負極とを電解質を介して対向させると共にそ
の端部を接着剤で封止する工程とからなる薄形リチウム
電池の製造方法において、前記結着剤が、分子鎖末端に
重合性官能基を有し、化３および化４で示される構造の
うち少なくとも１つから選択される構造を有するモノマ
ーの状態で正極合剤および負極合剤中に混合され、正極
集電体上および負極集電体上に塗布した後、重合によっ
て活物質間を結着させるポリマーを形成することを特徴
とする薄形リチウム電池の製造方法。（但し、化３にお
いてｍ≠０のときｋ＝０である場合を除く） 【化３】 【化４】 - 【請求項７】 前記モノマーの分子量が、２０００以下
である請求項６記載の薄形リチウム電池の製造方法。 - 【請求項８】 前記モノマーを単独で重合したポリマー
の電解液溶媒に対する膨潤度が、重量百分率で１３０％
以下、あるいは体積百分率で１３０％以下である請求項
６記載の薄形リチウム電池の製造方法。 - 【請求項９】 前記電解質層が有機ポリマーによって構
成される固体あるいはゲル状であり、前記電解質用有機
ポリマーが、請求項６記載の結着剤としてのポリマーと
は異種の構造を有するポリマーあるいは同種の構造を有
する異なるポリマーである請求項６記載の薄形リチウム
電池の製造方法。 - 【請求項１０】 前記電解液の溶媒が、環状エステル、
鎖状エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、環状アミ
ド、鎖状アミドのいずれかの構造を持つ１種もしくは２
種以上から選択されている請求項６記載の薄形リチウム
電池の製造方法。 - 【請求項１１】 前記結着剤のポリマー形成方法が、電
離性放射線照射による重合である請求項６記載の薄形リ
チウム電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26949996A JP3512082B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 薄形リチウム電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26949996A JP3512082B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 薄形リチウム電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10116620A JPH10116620A (ja) | 1998-05-06 |
| JP3512082B2 true JP3512082B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=17473285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26949996A Expired - Fee Related JP3512082B2 (ja) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | 薄形リチウム電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3512082B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998032183A1 (fr) * | 1997-01-17 | 1998-07-23 | Hydro-Quebec | Composition electrolytique a base de polymeres pour generateur electrochimique |
| JPH11238503A (ja) * | 1998-02-20 | 1999-08-31 | Yuasa Corp | 非水電解質二次電池 |
| US6168885B1 (en) * | 1998-08-21 | 2001-01-02 | Sri International | Fabrication of electrodes and devices containing electrodes |
| JP5638756B2 (ja) * | 2005-09-29 | 2014-12-10 | エルジー・ケム・リミテッド | 性能の向上した電極及びこれを備える電気化学素子 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01169873A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-05 | Ube Ind Ltd | 電池 |
| JPH06150906A (ja) * | 1992-11-02 | 1994-05-31 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 非水系二次電池 |
| JP3400056B2 (ja) * | 1992-12-25 | 2003-04-28 | ティーディーケイ株式会社 | リチウム二次電池 |
| JP3298960B2 (ja) * | 1993-01-27 | 2002-07-08 | 株式会社ユアサコーポレーション | 電 池 |
| JPH08124562A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-17 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液２次電池用電極板の製造方法 |
-
1996
- 1996-10-11 JP JP26949996A patent/JP3512082B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10116620A (ja) | 1998-05-06 |
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