JP4184583B2 - Coin type non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、リチウムを吸蔵放出可能な物質を負極及び正極の活物質とし、リチウムイオン導電性の非水電解質を用いるコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池は、高エネルギー密度、軽量であるといった特徴により、機器のバックアップ用の電源としての用途が増加している。
【0003】
従来のコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池のほとんどは、何等かの形で負極の活物質にリチウムを加える必要があった。例えば、負極にリチウム−アルミニウム合金と正極に3V級のリチウム含有マンガン酸化物を用いた電池の場合、負極のアルミニウムにリチウムを圧着する必要があった。また、負極に炭素、正極に3V級のリチウム含有マンガン酸化物を用いた電池の場合、負極にリチウムを電気化学的に挿入する必要があった。
【0004】
該電池においては、電池の気密、液密、および正・負極缶の絶縁を保つガスケットの材質が極めて重要である。従来ガスケット材質としては、耐薬品性、弾力性、耐クリープ性にすぐれ、成形性がよく、射出成形可能で安価なポリプロピレンが用いられてきた。該電池は、主にメモリーバックアップ電源として用いる場合、該電池にハンダ付用の端子を溶接した後、メモリー素子とともにプリント基板上にハンダ付されることが多い。従来、プリント基板上へのハンダ付は、ハンダこてを用いて行なわれていたが、機器の小型化あるいは高機能化にともない、プリント基板の同一面積内に搭載される電子部品を多くする必要が生じハンダ付のためにハンダこてを挿入する隙間を確保することが困難となってきた。また、ハンダ付け作業もコストダウンのため自動化が求められていた。そこであらかじめプリント基板上のハンダ付を行なう部分にハンダクリーム等を塗布しておきその部分に部品を載置するか、あるいは、部品を載置後ハンダ小球をハンダ付部分に供給し、ハンダ付部分がハンダの融点以上、例えば、200〜230℃となるように設定された高温雰囲気の炉内に部品を搭載したプリント基板を通過させることにより、ハンダを溶融させてハンダ付を行なう方法が用いられている(以下リフローハンダ付という)。従来の構成のコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池では、耐熱を考慮した材料が用いられていないため、リフローハンダ付時に電池としての機能が損なわれるという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来のコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池のほとんどは、製造工程において何等かの形で負極の活物質にリチウムを加える必要があったため、製造上、取扱いにくいリチウムの金属を使わなければならなかった。リチウムを金属の状態で加えるためには、さまざまな工程や設備が必要であった。例えば、リチウムを打ち抜きにより加える場合は、抜き型等にリチウムが付着しやすいため拭き取り等のメンテナンスをたびたび行う必要があった。また、危険物であるリチウムを保管する設備も必要であった。
【0006】
また、製造工程において何等かの形で負極の活物質にリチウムを加えたものはリフローハンダ付けにおいて安定性を欠いていた。
【0007】
例えば、3V級のリチウム含有マンガン酸化物Li4Mn5O12を正極とし、リチウム−アルミ合金を負極とするコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池では、リフローハンダ付時、ほとんどの組み合わせの電解液や耐熱性の電池部材において電解液とリチウム合金が反応して、急激な膨らみや破裂が起こってしまう。
【0008】
また、3V級のリチウム含有マンガン酸化物Li4Mn5O12を正極とし、リチウムを接触または電気化学的にドープした炭素を負極とするコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池においても、電解液とリチウムがドープした負極が反応して、急激な膨らみや破裂が起こってしまう。
【0009】
さらに、従来のコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池では、電解液、セパレータ、ガスケットともリフロー温度に耐えうるものとなっていないため、沸騰や溶解が起こってしまうという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の様な課題を解決するため、移動可能なリチウムを含む酸化物であるLiCoO2またはLiNiO2またはLiMnO2を正極活物質として用いた。負極としては、酸化タングステン、または、タングステンとモリブテンの複合酸化物を電極として用いた。
【0011】
移動可能なリチウムを含む酸化物であるLiCoO2またはLiNiO2またはLiMnO2や、酸化タングステンまたはモリブテンとタングステンの複合酸化物はリフロー温度でも電極と急激な反応をしにくい。そこで、リフローハンダ付けを可能とする電池とするため、さらに、電池の構成要素である電解液、セパレータ、ガスケットにおいても耐熱性があり、しかも電極との組み合わせにおいても電池性能を損なわないものをあらゆる検討の結果見つけ出した。それにより、リフロー温度にたえうるコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池を提供することができた。
【0012】
【発明の実施の形態】
移動可能なリチウムを含む酸化物であるLiCoO2またはLiNiO2またはLiMnO2を用いることにより、製造工程で活物質にリチウムを加える必要がなくなった。 LiCoO2を正極として用いると、初期の電圧は約3Vであるが、電圧をかけること(充電)によりリチウムが移動し4Vとなる。移動したリチウムを吸蔵するように負極側に酸化タングステンやモリブテンとタングステンの複合酸化物を用いると電池電圧が3から2V程度の電池を作ることができる。
【0013】
リチウムアルミ合金または、リチウムを接触または電気化学的にドープした炭素や酸化物を負極とすると電解液と負極が200℃を越えるリフロー温度において急激な反応が起こることが、われわれの実験により確認できた。一方、リチウムを原料の合成段階で焼成等により、予め含ませた酸化物であるLiCoO2やLiNiO2は、リフロー温度においても、電解液と急激に反応しないことがわかった。
【0014】
そこで、移動可能なリチウムを含むLiCoO2またはLiNiO2またはLiMnO2からなる正極活物質と、酸化タングステンまたはモリブデンとタングステンの複合酸化物からなる負極活物質を電極として用いることとした。それにより、充放電時に移動するリチウムイオンをリフロー温度で不安定なリチウム合金または、リチウムを接触または電気化学的にドープした炭素または酸化物の負極に頼らなくてよくなった。
【0015】
正極活物質として用いるLiCoO2またはLiNiO2またはLiMnO2は、移動可能なリチウムを含む酸化物であり、リフロー温度で安定であることが確認できた。
【0016】
また、コバルトとニッケルは複合化することが可能でLiCoxNiyO2の形にしてもよい。さらに、コバルトまたはニッケルの一部をB、P、SiおよびMg等で置き換えることも可能である。
【0017】
本発明で用いる活物質の平均粒子サイズは、リフローハンダ付け用途意外に用いる場合は、500μm以下が好ましく、より好ましくは100μm以下、特に50〜0.1μmが良い。活物質の形態は、平均粒径0.1ミクロン以上2.5ミクロン以下の一次粒子が集合して成る平均粒径1ミクロン以上20ミクロン以下の一次粒子集合体からなることが好ましく、特に好ましくは、平均粒径0.1ミクロン以上2.5ミクロン以下の一次粒子が集合して成る平均粒径3.5ミクロン以上9.5ミクロン以下の一次粒子集合体からなることが好ましい。更に、上記一次粒子集合体において全体積の80%以上が粒径1ミクロン以上15ミクロン以下であることが好ましく、更に好ましくは全体積の85%以上であり、更に好ましく全体積の90%以上である。比表面積は0.05〜100m2/gが好ましく、より好ましくは0.1〜50m2/g、特に0.1〜30m2/gが良い。
【0018】
リフローハンダ付けに用いる場合は、平均粒径が10μm以上で、10μm以下の粒径のものを40%以上含まないことが好ましいことが実験によりわかった。平均粒径が10μm以下の場合や、10μm以下粒径のものを40%以上含む場合は、電解液と急激に反応して電池が膨らんでしまう場合があった。
【0019】
一方、負極活物質として用いる酸化物としては、電極電位が1.5〜2.5V付近であるものを用いた。
【0020】
本発明の酸化タングステン、またはタングステンとモリブテンの複合酸化物は、リフロー温度で安定で、しかも可逆的にリチウムを出し入れでき、電位的にも正極活物質より低い。
【0021】
酸化タングステンWOxは、2≦x≦3範囲で用いることができる。
【0022】
モリブテンとタングステンの複合酸化物MoxW(1−x)Oyは、0<x<1、2≦y≦3の範囲で用いることができる。
【0023】
電解液は、特に限定されることなく従来の非水二次電池に用いられている有機溶媒が用いられる。上記有機溶媒には、環状エステル類、鎖状エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類等が用いられ、具体的には、プロピレンカ−ボネ−ト(PC)、エチレンカ−ボネ−ト(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、γ−ブチロラクトン(γBL)、2メチル‐γ‐ブチロラクトン、アセチル‐γ‐ブチロラクトン、γ‐バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2‐エトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル、テトラヒドロフラン(THF)、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、1,3‐ジオキソラン、アルキル‐1,3‐ジオキソラン、1,4‐ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステルなどの有機溶媒およびこれらの誘導体や混合物などが好ましく用いられる。
【0024】
また、上記有機溶媒の他にポリマーを用いることもできる。ポリマーとしては、従来より一般に使用されているものを用いることができ、例えば、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレングリコールジアクリレート架橋体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフォスファゼン架橋体、ポリプロピレングリコールジアクリレート架橋体、ポリエチレングリコールメチルエーテルアクリレート架橋体、ポリプロピレングリコールメチルエーテルアクリレート架橋体等が好ましく用いられる。
【0025】
電解液(非水溶媒)中に存在する主な不純物としては、水分と、有機過酸化物(例えばグリコール類、アルコール類、カルボン酸類)などが挙げられる。前記各不純物は、黒鉛化物の表面に絶縁性の被膜を形成し、電極の界面抵抗を増大させるものと考えられる。したがって、サイクル寿命や容量の低下に影響を与える恐れがある。また高温(60℃以上)貯蔵時の自己放電も増大する恐れがある。このようなことから、非水溶媒を含む電解液においては前記不純物はできるだけ低減されることが好ましい。具体的には、水分は50ppm以下、有機過酸化物は1000ppm以下であることが好ましい。
【0026】
リフローハンダ付けを行うには、電解液として、常圧での沸点が200℃以上の非水溶媒を用いることがリフロー温度で安定であることがわかった。リフロー温度は250℃程度に上がる場合があるが、その温度で電池内部の圧力が上がっているせいか常圧での沸点が204℃のγ−ブチロラクトン(γBL)を用いた場合でも電池の破裂はなかった。正負極との組み合わせにおいて、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)から選ばれる単独または複合物で用いることが良好であった。
【0027】
支持塩としては過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO2 )2 ]、チオシアン塩、アルミニウムフッ化塩などのリチウム塩(電解質)の1種以上の塩を用いることができる。非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜3.0モル/lとすることが望ましい。
【0028】
リフローハンダ付けを行うには、LiClO4等の塩素系のものよりフッ素を含有する支持塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3)が、熱的にも電気特性的にも安定であった。
【0029】
ポリマーと支持塩を混合して用いる固体電解質は、溶媒除去法などで作製される。ポリマーと支持塩をアセトニトリルや1、2−ジメトキシエタンなどに溶解した後、本発明のセパレーターに塗布し乾燥する方法である。また、PEOと支持塩を溶解した溶液にポリピロールを分散させ、溶媒を除去する方法もある。メタクリル酸エステルを骨格に持つ複合体(POE−PMMA)では、モノマーと支持塩の混合物を加熱や光照射により重合させることもできる。
【0030】
セパレーターとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち絶縁性の膜が用いられる。リフローハンダ付け用としては、ガラス繊維が最も安定して用いることができるが、熱変形温度が230℃以上のポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂を用いることもできる。セパレーターの孔径は、一般に電池用として用いられる範囲が用いられる。例えば、0.01〜10μmが用いられる。セパレーターの厚みは、一般に電池用の範囲で用いられる例えば、5〜300μmが用いられる。
【0031】
ガスケットも通常ポリプロピレン等が用いられるがリフローハンダ付けを行う場合は、熱変形温度が230℃以上の樹脂であるポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドがリフロー温度での破裂等がなく、しかもリフロー後の保存においてもガスケットの変形による漏液などの問題がなかった。
【0032】
この他、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、液晶ポリマーが使用できる。また、この材料に10重量%程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものであっても、本実験と同様の効果を発揮することが実験によって判明している。
【0033】
電極形状は、電池の形状がコインやボタンの場合、正極活物質や負極活物質の合剤をペレットの形状に圧縮し用いられる。また、薄型のコインやボタンのときは、シート状に成形した電極を打ち抜いて用いてもよい。そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決められる。
【0034】
ペレットのプレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特に金型プレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜5t/cm2が好ましい。プレス温度は、室温〜200℃が好ましい。
【0035】
電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラーなどを添加することができる。導電剤の種類は特に限定されず、金属粉末でもよいが、炭素系のものが特に好ましい。炭素材料はもっとも一般的で、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等が使われる。また、金属では、銅、ニッケル、銀等の金属粉、金属繊維が用いられる。導電性高分子も使用される。
【0036】
炭素の添加量は、混合比は活物質の電気伝導度、電極形状等により異なり特に限定されないが、負極の場合1〜50重量%が好ましく、特に2〜40重量%が好ましい。
【0037】
炭素の粒径は平均粒径で0.5〜50μmの範囲、好ましくは0.5〜15μmの範囲、より好ましくは0.5〜6μmの範囲にすると活物質間の接触性が良好になり、電子伝導のネットワーク形成が向上し、電気化学的な反応に関与しない活物質が減少する。
【0038】
結着剤は、電解液に不溶のものが好ましいが特に限定されるものではない。通常、ポリアクリル酸およびポリアクリル酸中和物、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、でんぷん、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの多糖類、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合物として用いられる。 結着剤の添加量は、特に限定されないが、1〜50重量%が好ましい。
【0039】
フィラーは、構成された電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いることができる。本発明の場合、炭素、ガラスなどの繊維が用いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0〜30重量%が好ましい。
【0040】
電極活物質の集電体としては、電気抵抗の小さい金属板が好まれる。例えば、正極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、タングステン、金、白金、焼成炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いられる。ステンレス鋼は二相ステンレスが腐食に対して有効である。コイン、ボタン電池の場合は電池の外部になる方にニッケルめっきすることが行われる。処理の方法としては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着によるクラッド化、塗布等がある。
【0041】
負極には、材料としてステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、タングステン、金、白金、焼成炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Al−Cd合金などが用いられる。処理の方法としては、湿式めっき、乾式めっき、CVD、PVD、圧着によるクラッド化、塗布等がある。
【0042】
電極活物質と集電体を導電性の接着剤により固定することも可能である。導電性の接着剤としては、溶剤に溶かした樹脂に炭素や金属の粉末や繊維を添加したものや導電性高分子を溶解したもの等が用いられる。
【0043】
ペレット状の電極の場合は、集電体と電極ペレットの間に塗布し電極を固定する。この場合の導電性接着剤には熱硬化型の樹脂が含まれる場合が多い。
【0044】
コイン、ボタン電池の場合、ガスケットと正・負極缶の間にアスファルトピッチ、ブチルゴム、フッ素系オイル、クロロスルホン化ポリエチレン、エポキシ樹脂等の1種または混合物のシール剤が用いられる。シール剤が透明の場合は着色して、塗布の有無を明確にすることも行われる。シール剤の塗布法としては、ガスケットへのシール剤の注入、正・負極缶への塗布、ガスケットのシール剤溶液へのディッピング等がある。
【0045】
本発明の非水電解質二次電池の用途には、特に限定されないが、例えば、携帯電話、ページャー等のバックアップ電源、発電機能を有する腕時計の電源等がある。
【0046】
本発明の電池は除湿雰囲気または、不活性ガス雰囲気で組み立てることが望ましい。また、組み立てる部品も事前に乾燥するとこが好ましい。ペレットやシートおよびその他の部品の乾燥又は脱水方法としては、一般に採用されている方法を利用することができる。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好ましい。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に100〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や電解質ではそれぞれ50ppm以下にすることが充放電サイクル性向上の点で好ましい。
【0047】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【0048】
【実施例】
本実施例は、正極活物質としてLiCoO2、負極活物質としWO2を用いた場合である。下記のようにして作製した正極、負極及び電解液を用いた。また、電池の大きさは外径4.8mm、厚さ1.4mmであった。電池断面図を図1に示した。
【0049】
実施例1として、正極は次の様にして作製した。 市販のLiCoO2を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比LiCoO2:グラファイト:ポリアクリル酸=90:8:2の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極ペレット101を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体102を用いて正極ケース103に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0050】
負極は、次の様にして作製した。市販のWO2を粉砕したものを活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比70:25:5の割合で混合して負極合剤とし、この合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレット104を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース105に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0051】
電解液107は、γBL、ECの体積比1:1混合溶媒にLiBF4を1モル/l溶解したもの5μL、電池缶内に封入した。ガスケット108は、PPS製のものを用いた
実施例2として、正極は次の様にして作製した。 市販のLiCoO2を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比LiCoO2:グラファイト:ポリアクリル酸=90:8:2の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極ペレット101を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体102を用いて正極ケース103に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0052】
負極は、次の様にして作製した。市販のWO3を粉砕したものを活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比70:25:5の割合で混合して負極合剤とし、この合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレット104を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース105に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0053】
電解液107は、γBL、ECの体積比1:1混合溶媒にLiBF4を1モル/l溶解したもの5μL、電池缶内に封入した。ガスケット108は、PPS製のものを用いた
実施例3として、正極は次の様にして作製した。 市販のLiCoO2を粉砕したものに導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸を重量比LiCoO2:グラファイト:ポリアクリル酸=90:8:2の割合で混合して正極合剤とし、次にこの正極合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形した。その後、この様にして得られた正極ペレット101を炭素を含む導電性樹脂接着剤からなる電極集電体102を用いて正極ケース103に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0054】
負極は、次の様にして作製した。市販のWO2とMoO2をモル比で1:1になるようにしたものを自動乳鉢で30分粉砕し、窒素中で700℃12時間焼成しそれを活物質として用いた。この活物質に導電剤としてグラファイトを、結着剤としてポリアクリル酸をそれぞれ重量比70:25:5の割合で混合して負極合剤とし、この合剤を2ton/cm2で直径2.4mmのペレットに加圧成形したものを用いた。その後、この様にして得られた負極ペレット104を炭素を導電性フィラーとする導電性樹脂接着剤からなる電極集電体2を用いて負極ケース105に接着し一体化した後、250℃で12時間加熱乾燥した。
【0055】
電解液107は、γBL、ECの体積比1:1混合溶媒にLiBF4を1モル/l溶解したもの5μL、電池缶内に封入した。ガスケット108は、PPS製のものを用いた
図2に実施例1の、図3に実施例2の、図4に実施例3の充放電曲線を示した。図2は、正極活物質としてLiCoO2、負極活物質としWO2を用いたコイン型リチウム二次電池を充電:50μA定電流、3.3V48時間定電圧保持、放電:10μA定電流、終止電圧1.8Vで行った時の充放電特性を示す図である。
【0056】
図3は、正極活物質としてLiCoO2、負極活物質としWO3を用いたコイン型リチウム二次電池を充電:50μA定電流、3.3V48時間定電圧保持、放電:10μA定電流、終止電圧1.8Vで行った時の充放電特性である。図4は、正極活物質としてLiCoO2、負極活物質としMo0.5W0.5O2を用いたコイン型リチウム二次電池を充電:50μA定電流、3V48時間定電圧保持、放電:10μA定電流、終止電圧2Vで行った時の充放電特性である。
【0057】
図2と図3の充電は50μA定電流、3.3V、48時間定電圧保持、放電は10μA定電流、終止電圧1.8V、図4の充電は50μA定電流、3V、48時間定電圧保持、放電は10μA定電流、終止電圧2Vで行った。
【0058】
図2から図4に示した結果より、正極活物質がLiCoO2またはLiNiO2からなり、負極活物質が酸化タングステンまたはMo0.5W0.5O2からなる非水電解質二次電池は、容量およびサイクル特性において良好な結果を示した。
【0059】
リフローハンダ付けを行うことにおいては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)から選ばれるもの、と六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3)から選ばれるものを電解液として用いることにおいて良好な結果を示した。
【0060】
【発明の効果】
以上詳述した様に、本発明は、移動可能なリチウムを含む酸化物であるLiCoO2またはLiNiO2からなる正極活物質と、酸化タングステンまたは、タングステンとモリブテンの複合酸化物からなる負極活物質を用いることにより、取扱い上煩雑であった金属リチウムを組立の製造工程で用いなくともよくなった。
【0061】
さらに、移動可能なリチウムを含む酸化物であるLiCoO2またはLiNiO2や酸化タングステンまたはモリブテンとタングステンの複合酸化物はリフロー温度でも電極と急激な反応をしにくいため、電池の構成要素である電解液、セパレータ、ガスケットにおいても耐熱性があるものを組み合わせることにより、リフロー温度に耐え得るコイン型(ボタン型)非水電解質二次電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコイン型リチウム二次電池の断面図
【図2】本発明の実施例1の電池の放電特性を示す図である。
【図3】本発明の実施例2の電池の放電特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例3の電池の放電特性を示す図である。
【符号の説明】
101 正極ペレット
102 電極集電体
103 正極ケース
104 負極ペレット
105 負極ケース
107 電解液
108 ガスケット
109 セパレータ
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary battery in which a material capable of inserting and extracting lithium is used as an active material for a negative electrode and a positive electrode and a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte is used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries have been increasingly used as backup power sources for equipment due to their high energy density and light weight.
[0003]
Most conventional coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries require some form of lithium added to the negative electrode active material. For example, in the case of a battery using a lithium-aluminum alloy for the negative electrode and a 3V-class lithium-containing manganese oxide for the positive electrode, it is necessary to pressure-bond lithium to the aluminum of the negative electrode. In addition, in the case of a battery using carbon for the negative electrode and 3V-class lithium-containing manganese oxide for the positive electrode, it was necessary to electrochemically insert lithium into the negative electrode.
[0004]
In the battery, the material of the gasket that keeps the battery airtight, liquid tight, and the insulation between the positive and negative electrode cans is extremely important. Conventionally, as a gasket material, polypropylene having excellent chemical resistance, elasticity, creep resistance, good moldability, injection moldable and inexpensive has been used. When the battery is mainly used as a memory backup power source, it is often soldered on a printed circuit board together with a memory element after a soldering terminal is welded to the battery. Conventionally, soldering on a printed circuit board has been performed using a soldering iron. However, as equipment becomes smaller and more functional, more electronic components must be mounted within the same area of the printed circuit board. It has become difficult to secure a gap for inserting a soldering iron for soldering. Also, soldering work has been required to be automated for cost reduction. Therefore, solder cream or the like is applied in advance to the part to be soldered on the printed circuit board, and the part is placed on that part, or after placing the part, the solder balls are supplied to the soldered part and soldered. A method is used in which solder is melted and soldered by passing a printed circuit board on which components are mounted in a furnace in a high-temperature atmosphere set so that the part is equal to or higher than the melting point of the solder, for example, 200 to 230 ° C. (Hereinafter referred to as reflow soldering). The coin type (button type) non-aqueous electrolyte secondary battery having a conventional configuration has a drawback in that the function as a battery is impaired when reflow soldering is used because a material considering heat resistance is not used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, most of the conventional coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary batteries require lithium to be added to the negative electrode active material in some form during the manufacturing process. I had to use metal. In order to add lithium in a metallic state, various processes and facilities were required. For example, when lithium is added by punching, it is necessary to frequently perform maintenance such as wiping because lithium tends to adhere to a punching die or the like. In addition, a facility for storing lithium, which is a dangerous material, was also necessary.
[0006]
In addition, a material obtained by adding lithium to the negative electrode active material in any way in the manufacturing process lacked stability in reflow soldering.
[0007]
For example, in a coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary battery having a 3V-class lithium-containing manganese oxide Li4Mn5O12 as a positive electrode and a lithium-aluminum alloy as a negative electrode, most combinations of electrolytes and heat resistance are available when reflow soldering is used. In the battery member, the electrolytic solution reacts with the lithium alloy to cause rapid swelling and rupture.
[0008]
Also in a coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary battery in which a 3V-class lithium-containing manganese oxide Li4Mn5O12 is used as a positive electrode and carbon that is contacted or electrochemically doped with lithium is used as a negative electrode, The doped negative electrode reacts, causing sudden swelling and rupture.
[0009]
Furthermore, the conventional coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary battery has a problem that boiling and dissolution occur because neither the electrolyte solution, the separator nor the gasket can withstand the reflow temperature.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention uses LiCoO 2, LiNiO 2, or LiMnO 2, which is an oxide containing movable lithium, as a positive electrode active material. As the negative electrode, tungsten oxide or a composite oxide of tungsten and molybdenum was used as an electrode.
[0011]
LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2, which is an oxide containing movable lithium, or tungsten oxide or a composite oxide of molybdenum and tungsten hardly reacts rapidly with the electrode even at a reflow temperature. Therefore, in order to make a battery that can be reflow soldered, the electrolyte, separator, and gasket, which are constituent elements of the battery, are also heat resistant, and any battery that does not impair the battery performance even in combination with the electrode. We found out as a result of examination. As a result, a coin-type (button-type) non-aqueous electrolyte secondary battery that can withstand the reflow temperature can be provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
By using LiCoO 2, LiNiO 2, or LiMnO 2 that is an oxide containing movable lithium, it is not necessary to add lithium to the active material in the manufacturing process. When LiCoO2 is used as the positive electrode, the initial voltage is about 3V, but when the voltage is applied (charging), lithium moves to 4V. When tungsten oxide or a composite oxide of molybdenum and tungsten is used on the negative electrode side so as to occlude the transferred lithium, a battery with a battery voltage of about 3 to 2 V can be produced.
[0013]
Our experiments confirmed that when a negative electrode is made of lithium aluminum alloy or lithium-contacted or electrochemically doped carbon or oxide, the electrolyte and negative electrode react rapidly at a reflow temperature exceeding 200 ° C. . On the other hand, it was found that LiCoO 2 and LiNiO 2, which are oxides included in advance by firing or the like in the raw material synthesis stage, do not react rapidly with the electrolyte even at the reflow temperature.
[0014]
Therefore, a positive electrode active material made of LiCoO 2 or LiNiO 2 or LiMnO 2 containing movable lithium and a negative electrode active material made of tungsten oxide or a composite oxide of molybdenum and tungsten were used as electrodes. As a result, it is not necessary to rely on a lithium alloy that is unstable at the reflow temperature for lithium ions that move during charging and discharging, or a carbon or oxide negative electrode that is contacted or electrochemically doped with lithium.
[0015]
LiCoO 2, LiNiO 2, or LiMnO 2 used as the positive electrode active material is an oxide containing movable lithium, and was confirmed to be stable at the reflow temperature.
[0016]
Cobalt and nickel can be combined and may be in the form of LiCoxNiyO2. Further, a part of cobalt or nickel can be replaced with B, P, Si, Mg, or the like.
[0017]
The average particle size of the active material used in the present invention is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, particularly 50 to 0.1 μm when used unexpectedly for reflow soldering. The form of the active material is preferably composed of a primary particle aggregate having an average particle diameter of 1 to 20 microns, which is formed by aggregating primary particles having an average particle diameter of 0.1 to 2.5 microns, particularly preferably. The primary particle aggregate is preferably an aggregate of primary particles having an average particle size of 3.5 to 9.5 microns. Further, in the primary particle aggregate, 80% or more of the total volume is preferably 1 micron or more and 15 microns or less, more preferably 85% or more of the total volume, and further preferably 90% or more of the total volume. is there. The specific surface area is preferably 0.05 to 100 m 2 / g, more preferably 0.1 to 50 m 2 / g, and particularly preferably 0.1 to 30 m 2 / g.
[0018]
When used for reflow soldering, experiments have shown that it is preferable not to include particles having an average particle size of 10 μm or more and a particle size of 10 μm or less of 40% or more. When the average particle size is 10 μm or less or when 40% or more of the particles having a particle size of 10 μm or less is included, the battery may swell due to a rapid reaction with the electrolytic solution.
[0019]
On the other hand, as the oxide used as the negative electrode active material, one having an electrode potential of about 1.5 to 2.5 V was used.
[0020]
The tungsten oxide or the composite oxide of tungsten and molybdenum according to the present invention is stable at a reflow temperature, can reversibly put lithium in and out, and is lower in potential than a positive electrode active material.
[0021]
Tungsten oxide WOx can be used in the range of 2 ≦ x ≦ 3.
[0022]
The complex oxide MoxW (1-x) Oy of molybdenum and tungsten can be used in the range of 0 <x <1, 2 ≦ y ≦ 3.
[0023]
The electrolytic solution is not particularly limited, and an organic solvent used in a conventional non-aqueous secondary battery is used. As the organic solvent, cyclic esters, chain esters, cyclic ethers, chain ethers and the like are used. Specifically, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC ), Butylene carbonate (BC), vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone (γBL), 2 methyl-γ-butyrolactone, acetyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1, 2-dimethoxyethane (DME), 1,2-ethoxyethane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, diethylene glycol dialkyl ether, triethylene glycol dialkyl ether, tetraethylene glycol dialkyl ether, dipropyl carbonate, methyl ethyl Carbonate, methylbutyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylbutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, butylpropyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, acetic acid alkyl ester, tetrahydrofuran (THF), alkyltetrahydrofuran, dialkylalkyltetrahydrofuran, alkoxy Tetrahydrofuran, dialkoxytetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, alkyl-1,3-dioxolane, 1,4-dioxolane, 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, Propionic acid ethyl, organic solvents and their derivatives or a mixture of phosphoric acid triester are preferably used.
[0024]
In addition to the organic solvent, a polymer can be used. As the polymer, those conventionally used in general can be used. For example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyethylene glycol diacrylate crosslinked product, polyvinylidene fluoride, polyphosphazene crosslinked product, polypropylene glycol diacrylate A crosslinked body, a crosslinked polyethylene glycol methyl ether acrylate, a crosslinked polypropylene glycol methyl ether acrylate, and the like are preferably used.
[0025]
Examples of main impurities present in the electrolytic solution (nonaqueous solvent) include moisture and organic peroxides (for example, glycols, alcohols, carboxylic acids). Each of the impurities is considered to form an insulating film on the surface of the graphitized material and increase the interfacial resistance of the electrode. Therefore, the cycle life and capacity may be affected. In addition, self-discharge during storage at high temperatures (60 ° C. or higher) may increase. For this reason, it is preferable that the impurities be reduced as much as possible in the electrolyte solution containing the non-aqueous solvent. Specifically, the moisture is preferably 50 ppm or less and the organic peroxide is preferably 1000 ppm or less.
[0026]
In order to perform reflow soldering, it was found that it is stable at the reflow temperature to use a nonaqueous solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher at normal pressure as the electrolytic solution. The reflow temperature may rise to about 250 ° C., but even if γ-butyrolactone (γBL) having a boiling point of 204 ° C. at normal pressure is used because the pressure inside the battery is increased at that temperature, There wasn't. In combination with positive and negative electrodes, it was preferable to use a single compound or a composite selected from propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and γ-butyrolactone (γBL).
[0027]
Support salts include lithium perchlorate (LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium borofluoride (LiBF4), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF6), lithium trifluorometasulfonate (LiCF3 SO3), bistri One or more salts of lithium salts (electrolytes) such as lithium fluoromethylsulfonylimide [LiN (CF3 SO2) 2], thiocyanate, and aluminum fluoride can be used. The amount dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 3.0 mol / l.
[0028]
In order to perform reflow soldering, lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium borofluoride (LiBF4), lithium trifluorometasulfonate (LiCF3 SO3) which are fluorine-containing supporting salts from chlorine-based materials such as LiClO4 However, it was stable both thermally and electrically.
[0029]
A solid electrolyte used by mixing a polymer and a supporting salt is produced by a solvent removal method or the like. In this method, the polymer and the supporting salt are dissolved in acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, etc., and then applied to the separator of the present invention and dried. There is also a method in which polypyrrole is dispersed in a solution in which PEO and a supporting salt are dissolved, and the solvent is removed. In a complex having a methacrylic acid ester as a skeleton (POE-PMMA), a mixture of a monomer and a supporting salt can be polymerized by heating or light irradiation.
[0030]
As the separator, an insulating film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. For reflow soldering, glass fibers can be used most stably, but resins such as polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide having a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher can also be used. As the pore diameter of the separator, a range generally used for batteries is used. For example, 0.01 to 10 μm is used. The thickness of the separator is generally used in the battery range, for example, 5 to 300 μm is used.
[0031]
Polypropylene or the like is usually used for gaskets, but when reflow soldering is performed, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, and polyamide, which are resins with a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher, are not ruptured at the reflow temperature and stored after reflow. However, there was no problem of leakage due to gasket deformation.
[0032]
In addition, polyetherketone resin, polyetheretherketone resin, polyarylate resin, polybutylene terephthalate resin, polycyclohexanedimethylene terephthalate resin, polyethersulfone resin, polyaminobismaleimide resin, polyetherimide resin, tetrafluoroethylene-par Fluoroalkyl vinyl ether copolymer resins, polyether nitrile resins, and liquid crystal polymers can be used. In addition, it has been proved by experiments that the same effect as in this experiment is exhibited even when glass fiber, My Cowisker, ceramic fine powder or the like is added to this material at an addition amount of about 10% by weight or less. .
[0033]
When the battery shape is a coin or a button, the electrode shape is used by compressing a mixture of a positive electrode active material and a negative electrode active material into a pellet shape. In the case of a thin coin or button, an electrode formed in a sheet shape may be punched out. The thickness and diameter of the pellet are determined by the size of the battery.
[0034]
As the pellet pressing method, a generally adopted method can be used, but a die pressing method is particularly preferable. The pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 5 t / cm2. The pressing temperature is preferably room temperature to 200 ° C.
[0035]
A conductive agent, a binder, a filler, or the like can be added to the electrode mixture. The kind of the conductive agent is not particularly limited and may be a metal powder, but a carbon-based one is particularly preferable. Carbon materials are the most common, and natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon black, channel black, thermal black, furnace black, acetylene black, carbon fiber, etc. are used. As the metal, metal powder such as copper, nickel, silver, or metal fiber is used. Conductive polymers are also used.
[0036]
The amount of carbon added varies depending on the electrical conductivity of the active material, the electrode shape, etc., and is not particularly limited. However, in the case of the negative electrode, it is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 40% by weight.
[0037]
When the carbon particle size is in the range of 0.5 to 50 μm, preferably in the range of 0.5 to 15 μm, more preferably in the range of 0.5 to 6 μm, the contact between the active materials becomes good. Electron conduction network formation is improved, and active materials that are not involved in electrochemical reactions are reduced.
[0038]
The binder is preferably insoluble in the electrolytic solution, but is not particularly limited. Usually, polyacrylic acid and polyacrylic acid neutralized product, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, ethylene -Propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, polybutadiene, fluoro rubber, polyethylene oxide, polyimide, epoxy resin, phenol resin, and other polysaccharides, thermoplastic resins, thermosetting resins, rubber elasticity A polymer or the like is used as one kind or a mixture thereof. Although the addition amount of a binder is not specifically limited, 1 to 50 weight% is preferable.
[0039]
Any filler can be used as long as it is a fibrous material that does not cause a chemical change in the constructed battery. In the present invention, fibers such as carbon and glass are used. Although the addition amount of a filler is not specifically limited, 0 to 30 weight% is preferable.
[0040]
As the current collector for the electrode active material, a metal plate having a low electric resistance is preferred. For example, in addition to stainless steel, nickel, aluminum, titanium, tungsten, gold, platinum, baked carbon, etc., the positive electrode has a surface of aluminum or stainless steel treated with carbon, nickel, titanium or silver. Used. As for stainless steel, duplex stainless steel is effective against corrosion. In the case of a coin or button battery, nickel plating is performed on the outside of the battery. Examples of the treatment method include wet plating, dry plating, CVD, PVD, clad formation by pressure bonding, coating, and the like.
[0041]
In addition to stainless steel, nickel, copper, titanium, aluminum, tungsten, gold, platinum, calcined carbon, etc., the negative electrode is made by treating the surface of copper or stainless steel with carbon, nickel, titanium or silver, An Al—Cd alloy or the like is used. Examples of the treatment method include wet plating, dry plating, CVD, PVD, clad formation by pressure bonding, coating, and the like.
[0042]
It is also possible to fix the electrode active material and the current collector with a conductive adhesive. As the conductive adhesive, a resin in which carbon or metal powder or fiber is added to a resin dissolved in a solvent, or a conductive polymer dissolved therein is used.
[0043]
In the case of a pellet-shaped electrode, the electrode is fixed by applying between the current collector and the electrode pellet. The conductive adhesive in this case often includes a thermosetting resin.
[0044]
In the case of coins and button batteries, a sealant of one or a mixture of asphalt pitch, butyl rubber, fluorinated oil, chlorosulfonated polyethylene, epoxy resin and the like is used between the gasket and the positive / negative electrode can. When the sealing agent is transparent, it is colored to clarify the presence or absence of application. Examples of the method for applying the sealant include injection of the sealant into the gasket, application to the positive / negative electrode can, and dipping of the gasket into the sealant solution.
[0045]
The application of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a backup power source for a mobile phone, a pager, etc., a wristwatch power source having a power generation function, and the like.
[0046]
The battery of the present invention is preferably assembled in a dehumidified atmosphere or an inert gas atmosphere. Moreover, it is preferable that the parts to be assembled are also dried in advance. As a method for drying or dehydrating pellets, sheets and other parts, a generally adopted method can be used. In particular, it is preferable to use hot air, vacuum, infrared rays, far infrared rays, electron beams and low-humidity air alone or in combination. The temperature is preferably in the range of 80 to 350 ° C, particularly preferably in the range of 100 to 250 ° C. The water content is preferably 2000 ppm or less for the entire battery, and preferably 50 ppm or less for each of the positive electrode mixture, the negative electrode mixture and the electrolyte from the viewpoint of improving charge / discharge cycle performance.
[0047]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0048]
【Example】
In this example, LiCoO2 is used as the positive electrode active material, and WO2 is used as the negative electrode active material. A positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution prepared as described below were used. The size of the battery was 4.8 mm in outer diameter and 1.4 mm in thickness. A cross-sectional view of the battery is shown in FIG.
[0049]
As Example 1, the positive electrode was produced as follows. Commercially available LiCoO2 is crushed into graphite as a conductive agent, and polyacrylic acid as a binder is mixed in a weight ratio of LiCoO2: graphite: polyacrylic acid = 90: 8: 2 to form a positive electrode mixture, This positive electrode mixture was pressure-molded into pellets having a diameter of 2.4 mm at 2 ton / cm 2. Thereafter, the positive electrode pellet 101 obtained in this way was bonded to and integrated with the positive electrode case 103 using an electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon, and then heated and dried at 250 ° C. for 12 hours. .
[0050]
The negative electrode was produced as follows. A commercially available WO2 was used as an active material. This active material is mixed with graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder at a weight ratio of 70: 25: 5 to form a negative electrode mixture. This mixture is 2 ton / cm @ 2 and has a diameter of 2.4 mm. What was pressure-molded into the pellet was used. After that, the negative electrode pellet 104 obtained in this way was bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 2 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then the mixture was integrated at 250 ° C. It was dried by heating for hours.
[0051]
The electrolyte solution 107 was sealed in a battery can by 5 μL of LiBF4 dissolved at 1 mol / l in a mixed solvent of γBL and EC in a volume ratio of 1: 1. The positive electrode was produced as follows as Example 2 using the gasket 108 made of PPS. Commercially available LiCoO2 is crushed into graphite as a conductive agent, and polyacrylic acid as a binder is mixed in a weight ratio of LiCoO2: graphite: polyacrylic acid = 90: 8: 2 to form a positive electrode mixture, This positive electrode mixture was pressure-molded into pellets having a diameter of 2.4 mm at 2 ton / cm 2. Thereafter, the positive electrode pellet 101 obtained in this way was bonded to and integrated with the positive electrode case 103 using an electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon, and then heated and dried at 250 ° C. for 12 hours. .
[0052]
The negative electrode was produced as follows. A commercially available WO3 was used as an active material. This active material is mixed with graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder at a weight ratio of 70: 25: 5 to form a negative electrode mixture. This mixture is 2 ton / cm @ 2 and has a diameter of 2.4 mm. What was pressure-molded into the pellet was used. After that, the negative electrode pellet 104 obtained in this way was bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 2 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then the mixture was integrated at 250 ° C. It was dried by heating for hours.
[0053]
The electrolyte solution 107 was sealed in a battery can by 5 μL of LiBF4 dissolved at 1 mol / l in a mixed solvent of γBL and EC in a volume ratio of 1: 1. The positive electrode was produced as follows as Example 3 using the gasket 108 made of PPS. Commercially available LiCoO2 is crushed into graphite as a conductive agent, and polyacrylic acid as a binder is mixed in a weight ratio of LiCoO2: graphite: polyacrylic acid = 90: 8: 2 to form a positive electrode mixture, This positive electrode mixture was pressure-molded into pellets having a diameter of 2.4 mm at 2 ton / cm 2. Thereafter, the positive electrode pellet 101 obtained in this way was bonded to and integrated with the positive electrode case 103 using an electrode current collector 102 made of a conductive resin adhesive containing carbon, and then heated and dried at 250 ° C. for 12 hours. .
[0054]
The negative electrode was produced as follows. Commercially available WO2 and MoO2 in a molar ratio of 1: 1 were pulverized in an automatic mortar for 30 minutes, fired in nitrogen at 700 ° C. for 12 hours, and used as an active material. This active material is mixed with graphite as a conductive agent and polyacrylic acid as a binder at a weight ratio of 70: 25: 5 to form a negative electrode mixture. This mixture is 2 ton / cm @ 2 and has a diameter of 2.4 mm. What was pressure-molded into the pellet was used. After that, the negative electrode pellet 104 obtained in this way was bonded and integrated with the negative electrode case 105 using the electrode current collector 2 made of a conductive resin adhesive containing carbon as a conductive filler, and then the mixture was integrated at 250 ° C. It was dried by heating for hours.
[0055]
The electrolyte solution 107 was sealed in a battery can by 5 μL of LiBF4 dissolved at 1 mol / l in a mixed solvent of γBL and EC in a volume ratio of 1: 1. The charging / discharging curve of Example 1 in FIG. 2, Example 2 in FIG. 3, and Example 3 in FIG. FIG. 2 shows charging of a coin-type lithium secondary battery using LiCoO2 as a positive electrode active material and WO2 as a negative electrode active material: 50 μA constant current, 3.3 V for 48 hours, constant discharge, discharge: 10 μA constant current, final voltage 1.8 V It is a figure which shows the charging / discharging characteristic at the time of performing by.
[0056]
FIG. 3 shows charging of a coin-type lithium secondary battery using LiCoO2 as a positive electrode active material and WO3 as a negative electrode active material: 50 μA constant current, 3.3 V for 48 hours, constant discharge, discharge: 10 μA constant current, end voltage 1.8 V It is a charge / discharge characteristic when performed by. FIG. 4 shows charging a coin-type lithium secondary battery using LiCoO2 as a positive electrode active material and Mo0.5W0.5O2 as a negative electrode active material: 50 μA constant current, 3 V 48 hours constant voltage, discharge: 10 μA constant current, final voltage 2 V It is a charge / discharge characteristic when performed by.
[0057]
2 and 3 are charged at a constant current of 50 μA, 3.3 V, 48 hours constant voltage, discharged at a constant current of 10 μA and a final voltage of 1.8 V, and charged in FIG. 4 are maintained at a constant current of 50 μA, 3 V, 48 hours. The discharge was performed at a constant current of 10 μA and a final voltage of 2V.
[0058]
From the results shown in FIGS. 2 to 4, the nonaqueous electrolyte secondary battery in which the positive electrode active material is made of LiCoO 2 or LiNiO 2 and the negative electrode active material is made of tungsten oxide or Mo 0.5 W 0.5 O 2 is good in capacity and cycle characteristics. Results are shown.
[0059]
In performing reflow soldering, one selected from propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), γ-butyrolactone (γBL), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium borofluoride (LiBF4), Good results have been shown in using an electrolyte selected from lithium trifluorometasulfonate (LiCF3 SO3).
[0060]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention uses a positive electrode active material made of LiCoO 2 or LiNiO 2, which is an oxide containing movable lithium, and a negative electrode active material made of tungsten oxide or a composite oxide of tungsten and molybdenum. Therefore, it is not necessary to use metallic lithium, which is complicated in handling, in the manufacturing process of assembly.
[0061]
Furthermore, LiCoO 2 or LiNiO 2, which is an oxide containing movable lithium, or a composite oxide of tungsten oxide or molybdenum and tungsten hardly reacts rapidly with the electrode even at the reflow temperature. In addition, a coin type (button type) non-aqueous electrolyte secondary battery that can withstand the reflow temperature can be provided by combining heat resistant gaskets.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a coin-type lithium secondary battery of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing discharge characteristics of the battery of Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing discharge characteristics of the battery of Example 2 of the present invention.
4 is a graph showing discharge characteristics of the battery of Example 3 of the present invention. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Positive electrode pellet 102 Electrode current collector 103 Positive electrode case 104 Negative electrode pellet 105 Negative electrode case 107 Electrolytic solution 108 Gasket 109 Separator

Claims (2)

正極と負極と非水溶媒、支持塩を含む電解液とセパレータ、ガスケットの部材からなるコイン型非水電解質電池において、正極活物質がLiCoO 、LiNiO 、LiMnO のいずれかであり、負極活物質が酸化タングステンまたはモリブテンとタングステンの複合酸化物からなり、前記正極活物質及び前記負極活物質の平均粒径が10μm以上で、10μm以下の粒径のものを40%以上含まない、かつ前記非水溶媒の常圧での沸点が200℃以上であり、かつ前記支持塩がフッ素を含有し、かつ前記セパレータがガラス繊維または熱変形温度230℃以上の樹脂からなり、かつ前記ガスケットが熱変形温度230℃以上の樹脂からなることを特徴とするコイン型非水電解質二次電池。 In a coin-type non-aqueous electrolyte battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous solvent, an electrolyte containing a supporting salt, a separator, and a gasket member, the positive electrode active material is any one of LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 , The substance is composed of tungsten oxide or a composite oxide of molybdenum and tungsten, and the positive electrode active material and the negative electrode active material have an average particle diameter of 10 μm or more and do not contain 40% or more of particles having a particle diameter of 10 μm or less. The boiling point of the aqueous solvent at normal pressure is 200 ° C. or higher, the supporting salt contains fluorine, the separator is made of glass fiber or a resin having a heat deformation temperature of 230 ° C. or higher, and the gasket has a heat deformation temperature. A coin-type nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a resin of 230 ° C. or higher. 前記常圧での沸点が200℃以上の非水溶媒が、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロラクトン(γBL)から選ばれる単独または複合物であり、かつ前記支持塩が、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3)から選ばれる単独または複合物であり、かつ前記熱変形温度が230℃以上の樹脂がポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、液晶ポリマーであることを特徴とする請求項1記載のコイン型非水電解質二次電池。
以 上
The nonaqueous solvent having a boiling point of 200 ° C. or higher at normal pressure is a single or composite selected from propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and γ-butyrolactone (γBL), and the supporting salt is A single or composite material selected from lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), and lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and the thermal deformation temperature is 230 ° C. or higher. The coin type resin according to claim 1, wherein the resin is polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin, polyether ether ketone, polyether nitrile, or liquid crystal polymer. Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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