JP4454950B2

JP4454950B2 - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP4454950B2
Application number: JP2003086799A
Authority: JP
Inventors: 浩貴稲垣; 則雄高見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004296256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極集電体にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いた非水電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池は、高エネルギー密度を有することから、一体型ビデオカメラ、ＣＤプレーヤー、ＭＤプレーヤー、パソコン、携帯情報データ端末機、携帯電話等のコードレスの携帯型電子機器の電源として注目されている。
【０００３】
特に、非水電解液二次電池は電解液の電位窓が広く取れ、単セルで高電圧を取り出すことができるため、小型、軽量の携帯電子機器の電源として需要が伸びている。
【０００４】
前記非水電解液二次電池は、単セルの形態で使用されるほかに直列および／または並列に接続した組電池として使用されている。このような組電池は、高電圧・高容量であるために、その充電器には高出力の電源が通常使用されている。高出力の電源を有する充電器で組電池を充電すると、過充電を生じ易くなる。
【０００５】
このようなことから、過充電時の安全性確保のために電池内部に各種の保護素子が設けられている。例えば、（特許文献1）には、過充電時の発熱を利用して電流を遮断する安全機構では、通電によるジュール発熱や過充電時の電解液の分解反応熱などにより素子が高温になった時点で電流遮断機構が動作するが、充電の電流値や電池の内部抵抗によりジュール発熱が変動し、作動タイミングが不揃いになる。
【０００６】
特に、発熱を利用して電流を遮断する安全機構を有する二次電池を使用して組電池を構成、例えば３直、３パラの合計９個の二次電池を組み合わせた場合、組電池の中心部に位置する電池ほど周囲の電池からの発熱の影響を受けて温度が高くなる。このため、この電池が優先的に安全機構が作動する。その結果、電流パスはこの電池と並列接続になる左右の電池を流れ、いずれかが同様に安全機構が作動するという挙動が起こる。つまり、単電池毎に安全機構の作動にばらつきを生じ、漏液やガス噴出に至るケースが起こって信頼性の低下を招く。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、過充電時の安全性、信頼性を向上させることが可能な非水電解質電池を提供しようとするものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１９７９６３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非水電解質電池では、通電によるジュール発熱や過充電時の電解液の分解反応熱などにより素子が高温になった時点で電流遮断機構が動作するが、充電の電流値や電池の内部抵抗によりジュール発熱が変動し、作動タイミングが不揃いになる。つまり、単電池毎に安全機構の作動にばらつきを生じ、漏液やガス噴出に至るケースが起こって信頼性の低下を招く。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、過充電時の安全性、信頼性を向上させることが可能な非水電解質電池の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る非水電解質二次電池は、外装材と、この外装材内に収納される正極活物質層が担持された正極と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる負極集電体の表面に担持され、リチウムを吸蔵放出し、リチウムの電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位でリチウムを吸蔵する金属、合金及び化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質層を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に介在し非水電解質が保持されたセパレータとを具備する非水電解質二次電池において、前記正極の電気容量が前記負極の電気容量よりも大きく、前記負極集電体における表面に前記負極活物質層が形成されていない領域が前記セパレータを介して前記正極活物質層と対向することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る非水電解質二次電池は、外装材と、前記外装材内に収納される正極活物質層が担持された正極と、金属の負極集電体の表面に担持され、リチウムを吸蔵放出し、リチウムの電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位でリチウムを吸蔵する金属、合金及び化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質層を有する負極と、前記負極に接続されアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードと、前記正極及び前記負極の間に介在し非水電解質が保持されたセパレータとを具備する非水電解質二次電池において、前記正極の電気容量が前記負極の電気容量よりも大きく、前記リードの一部が前記セパレータを介して前記正極活物質層と対向することを特徴とする。
【００１３】
過充電状態になると、正極活物質層に対向するアルミニウムまたはアルミニウム合金の負極集電体、あるいは正極活物質層に対向するアルミニウムまたはアルミニウム合金の負極リードは、正極や電解液より供給されるリチウムと反応し、リチウムアルミニウム合金を形成する。この合金がアルミニウムに比べて高比抵抗層となるために、電流遮断が確実に生じ、組電池の場合には作動タイミングが揃うことになる。
【００１４】
さらに、請求項１及び請求項５に係る非水電解質二次電池は、負極活物質が、チタン酸リチウムあるいは硫化鉄であることを特徴とする事、前記外装材が、樹脂層を含有するシートから構成される事がより望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る非水電解質二次電池は、外装材と、前記外装材内に収納される正極と、前記外装材内に収納される負極と、前記外装材内に収納される非水電解質とを具備する。
【００１６】
前記負極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる集電体と、前記集電体に担持され、かつリチウムを吸蔵放出する金属、合金及び化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質を含有する負極層とを備える。
【００１７】
前記非水電解質には、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、前記液状非水電解質と高分子材料を複合化したゲル状電解質、または電解質と高分子材料を複合化した固体電解質を使用することができる。前記電解質及び前記有機溶媒には、後述する液状非水電解質の欄で説明するものを使用することができる。また、前記高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。
【００１８】
以下、本発明に係る非水電解質二次電池の一例を詳細に説明する。
この非水電解質二次電池は、正極と負極の間にセパレータを介在した電極群と、前記電極群に含浸される液状非水電解質と、前記電極群が収納される外装材とを具備する。
【００１９】
以下、正極、負極、セパレータ、液状非水電解質及び外装材について説明する。
１）正極
この正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む正極層とを有する。
前記正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＭｎＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_xＯ₂、但し、モル比ｘは０＜ｘ＜１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ_xＣｏ_1-xＯ₂、但し、モル比ｘは０＜ｘ＜１）、バナジウム酸化物（例えば、Ｖ₂Ｏ₅）などが挙げられる。また、前記正極活物質として、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などの有機材料を使用しても良い。正極活物質のうちより好ましいのは、高い電池電圧が得られるリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.2Ｏ₂）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ_xＣｏ_1-xＯ₂）である。
【００２０】
前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム等を用いることができる。
前記正極層は、さらに導電剤を含んでいてもよい。かかる導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００２１】
正極活物質、導電剤および結着剤の配合割合は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲にすることが好ましい。
【００２２】
前記正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
２）負極
この負極の集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。前記アルミニウム合金としては、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上の金属成分を含有するものが好ましい。かかるアルミニウム合金からなる集電体は、強度を向上することができるため、厚さを薄くすることが可能になる。
【００２３】
前記集電体は、多孔質構造（例えばメッシュ)にしても良いし、無孔（例えば、箔）でも良い。
【００２４】
前記集電体の厚さは、５〜５０μｍの範囲内にすることが好ましい。
前記集電体の片面もしくは両面に、リチウムを吸蔵放出する金属または合金と、リチウムを吸蔵放出する化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質を含有する負極層が担持される。
【００２５】
前記金属または合金としては、例えば、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｓｉ及びＳｅよりなる群から選択される１種以上の元素を含有するものを挙げることができる。中でも、Ｓｂ、Ｂｉ、ＳｎＳｂ、ＣｏＳｂ_x（但し、モル比ｘは０＜ｘ＜３）、ＮｉＳｂ_x（但し、モル比ｘは０＜ｘ＜３）、ＦｅＳｂ_x（但し、モル比ｘは０＜ｘ＜３）が好ましい。
【００２６】
前記化合物としては、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｂ、Ｓ、Ｃ及びＮよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有するものを挙げることができる。かかる化合物としては、例えば、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｃｏ及びＳｉよりなる群から選択される少なくとも１種類の金属の酸化物、前記少なくとも１種類の金属の硫化物、前記少なくとも１種類の金属の窒化物、前記少なくとも１種類の金属の硫化物、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｂ、Ｓ及びＮよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素の炭素化物、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｂ、Ｓ及びＮよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素のセレン化合物等を挙げることができる。前記金属酸化物としては、ＳｎＯ、ＣｏＯ、ＴｉＯ₂、Ｌｉ_4/3Ｔｉ_5/3Ｏ₄、ＷＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₂が好ましい。前記金属硫化物としては、ＭｏＳ₂、ＴｉＳ₂、Ｌｉ_2-yＦｅＳ₂、ＦｅＳ₂、ＦｅＳ、ＳｉＳ₂、ＣｏＳ₂、ＶＳ₂、ＭｎＳ₂が好ましい。前記金属窒化物としては、Ｌｉ_3-zＣｏ_xＮ（但し、モル比ｘは０＜ｘ＜３）、Ｌｉ₇ＭｎＮ₄が好ましい。前記炭素化物としては、ＢＣＮ、Ｂ_1-yＣ_y（但し、モル比ｙは０＜ｙ＜１）が好ましい。前記セレン化合物としては、ＶＳｅ₂が好ましい。
【００２７】
前記負極活物質は、Ｌｉの電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位でリチウムを吸蔵することが好ましい。リチウム吸蔵電位が０．４Ｖより低くなると、リチウムアルミニウム合金の形成反応が進行し易くなって集電体の微粉化を生じる恐れがある。負極活物質のリチウム吸蔵電位（Ｌｉの電極電位に対する）は、０．４Ｖ〜３Ｖの範囲内にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は０．４Ｖ〜２Ｖである。
【００２８】
このような観点から、本発明に用いる負極活物質は、チタン酸リチウム、あるいは硫化鉄であることが好ましい。
【００２９】
前記負極は、例えば、負極活物質、導電材及び結着剤を溶媒の存在下で混合し、得られたスラリーを集電体に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより作製される。
【００３０】
前記導電材としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックなどの炭素材料を挙げることができ、集電体とリチウムとの反応に与える影響はほとんどない。前記導電材の配合割合は、前記負極活物質１００重量部に対して３〜２０重量部の範囲内にすることが好ましい。
【００３１】
前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム等を用いることができる。
３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。
多孔質セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。
４）液状非水電解質
この液状非水電解質は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（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（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］などのリチウム塩が挙げられる。
【００３２】
前記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
【００３３】
前記有機溶媒のうち好ましい混合溶媒としては、ＥＣとＰＣ、ＥＣとＢＬ、ＥＣとＰＣとＶＣ、ＥＣとＢＬとＶＣ、ＥＣとＰＣとＢＬ、ＥＣとＰＣとＢＬとＶＣを挙げることができる。中でも、ＥＣとＰＣ、ＥＣとＢＬ、ＥＣとＰＣとＢＬが好ましく、この場合、有機溶媒中のＢＬの体積比率を５０体積％以上にすることが望ましい。
５）外装材
この外装材は、例えば、金属板、樹脂層を有するシート等から形成することができる。
【００３４】
前記金属板は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウムから形成することができる。前記金属板の厚さは、０．０５〜０．２５ｍｍの範囲内にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は０．０５〜０．２ｍｍである。
【００３５】
前記シートとしては、金属層と、前記金属層を被覆する樹脂層とから構成されることが好ましい。前記シートの厚さは、０．０５〜０．２５ｍｍの範囲内にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は０．０５〜０．２ｍｍである。前記金属層は、厚さが０．０１〜０．１５ｍｍのアルミニウム箔から形成することが好ましい。一方、前記樹脂層は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂から形成することができる。前記樹脂層は、単層もしくは多層構造にすることができる。
【００３６】
本発明に係る非水電解質二次電池の一例を図１に示す。
【００３７】
図１は本発明に係るリチウムイオン二次電池の一例を示す断面図である。
電極群１は、正極及び負極をその間にセパレータを介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。
【００３８】
前記電極群１は、正極及び負極をその間にセパレータを介在させて偏平形状に捲回した後、加熱プレスを施すことにより作製される。
【００３９】
本発明では、負極集電体であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の一部、あるいは負極リードであるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の一部がセパレータを介して正極活物質と対向することを特徴としている。このような構造にすることによって、電池が過充電になった場合、正極活物質と対向するアルミニウム（合金）製の負極集電体あるいは負極リードが負極電位０．３Ｖ（対Ｌｉ）付近で選択的に反応し、以下の式（１）の反応が生じ、リチウム−アルミニウム合金に変質する。
【００４０】
Ａｌ+Ｌｉ⁺→ＬｉＡｌ・・・（１）
変質したリチウム−アルミニウム合金は、変質前のアルミニウムに比べて、電気抵抗が大きい。このように、過充電時に、負極集電対あるいは負極リードが高抵抗体に変化することによって、電流を低減・遮断させることができる。この結果、過充電に対しても安全で信頼性の高い電池を提供することができる。
【００４１】
このとき、正極の電気容量を負極の電気容量より大きくすることで、過充電時に（１）式によるリチウムアルミ合金が形成しやすくなり、本発明の効果はより高まる。一方で、この比率が大きくなりすぎると、正極の容量が下がり、電池容量の低下に繋がる。したがって、本発明では、正極の電気容量に対する負極の電気容量の比（正極／負極）を１．０より大きく１．５以下にすることが好ましく、更には１．０５以上１．２５以下にすることが好ましい。
【００４２】
液状非水電解質は、前記電極群１に含浸されている。このような電極群１は、例えば樹脂層を含むシート製の袋形状をなす外装材２内に収納されている。帯状の正極リード３は、一端が電極群１の正極に接続され、かつ他端が外装材１から延出されている。一方、帯状の負極リード４は、一端が電極群１の負極に接続され、かつ他端が外装材１から延出されている。
【００４３】
なお、前述した図１においては、電極群における正極、負極及びセパレータの一体化を加熱プレスによって行ったが、接着性を有する高分子により正極、負極及びセパレータを一体化させることができる。
【００４４】
本発明に係る二次電池によれば、高容量を得ることができると共に、過放電サイクルにおいても長寿命を維持することができる。
すなわち、負極の集電体としてアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものを用いると、過放電状態におかれても前記集電体が溶解しないため、０Ｖまでの過放電が繰り返されても良好なサイクル特性を得ることができる。
【００４５】
また、本発明に係る二次電池において、前記外装材として樹脂層を含むシートを用いることによって、前記負極の集電体が軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることに併せ、外装材を軽量にすることができるため、二次電池を軽量にすることができ、重量エネルギー密度を向上させることができる。特に、前記シートを、厚さが０．０１〜０．１５ｍｍのアルミニウム箔と前記アルミニウム箔の片面もしくは両面に形成される樹脂層とから構成することによって、二次電池をより軽量にすることができると共に、過放電サイクルにおける外装材の溶解や腐食を防止することができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）粉末９１重量％、アセチレンブラック２．５重量％、グラファイト３重量％及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が３．０ｇ／ｃｍ³の正極を作製した。
＜負極の作製＞
負極活物質としてＬｉ_4/3Ｔｉ_5/3Ｏ₄と、導電材として黒鉛と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９０：５：５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、得られたスラリーを厚さが１５μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより負極を作製した。
＜電極群の作製＞
前記正極、厚さ２５μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、前記セパレータの順番に積層した後、渦巻き状に捲回した。このとき、図２に示すように負極集電対の一部をセパレータを介して正極活物質に対向させた。以下の図中の符号の説明には、図１と同一部分は同一番号を付し、その詳細な説明を省略している。ここで、５は正極集電体、６は正極活物質層（大きな黒点でハッチングされた領域及び斜線のハッチングがされた領域）、７は負極集電体、８は負極活物質層（小さな黒点で囲まれた領域）、９はセパレータである。負極集電体７における表面に負極活物質層８が形成されていない領域（負極集電体７でハッチングされていない領域と斜線のハッチングがされた領域）がセパレータ９を介して正極活物質層６と対向する。リチウムアルミニウム合金層１０（斜線のハッチングがされた領域）は、負極集電体７における負極活物質層８が形成されていない領域と正極活物質層６と対向する領域に形成される。
【００４７】
次いで、これを９０℃で加熱プレスすることにより、幅が３０ｍｍで、厚さが３．０ｍｍの偏平状電極群を作製した。得られた電極群を、厚さが４０μｍのアルミニウム箔と前記アルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層とから構成された厚さが０．１ｍｍのラミネートフィルムからなるパックに収納し、８０℃で２４時間真空乾燥を施した。
＜液状非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）の混合溶媒（体積比率２５：７５）に電解質としての四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解することにより液状非水電解質（非水電解液）を調製した。
【００４８】
前記電極群を収納したラミネートフィルムパック内に前記液状非水電解質を注入した後、前記パックをヒートシールにより完全密閉し、前述した図１に示す構造を有し、幅が３５ｍｍで、厚さが３．２ｍｍ、かつ高さが６５ｍｍの非水電解質二次電池を製造した。この電池の正極の電気容量は負極の電気容量よりも大きく１．１倍で形成されている。
（実施例２）
正極厚さ２５μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、前記セパレータの順番に積層した後、図３に示すように負極リードの一部を正極活物質に対向させた以外は、実施例１と同様に非水電解質二次電池を製造した。この図３では、図２と同一部分は同一番号を付しその詳細な説明を省略している。この図においても実施例１と同様に形成される場所こそ異なるが、アルミニウムのリード４の表面がセパレータ９を介して正極活物質層６と対向する領域にリチウムアルミニウム合金１０が形成される。このアルミニウム合金１０がアルミニウムと比較して高抵抗であるために、電池の過充電耐性を改善することが可能になり、過充電時の安全性、信頼性の高い非水電解質電池を提供できる。
（比較例１）
負極集電体および負極リードをセパレータを介して正極活物質に対向させることなく、電極群を捲回し、実施例１と同様な非水電解質二次電池を製造した。
【００４９】
実施例１、２および比較例１の電池に対して、３Ｃ電流−１０Ｖの過充電試験を行った。その結果、実施例１、２の電池では、発熱のみで、安全に試験が終了したのに対して、比較例１の電池では、ガス噴出・発火に到った。実施例１および比較例１を過充電試験したときの、充電時間と電池電圧・電流の関係を図４に示す。
【００５０】
このように、本発明の電池構造を採用することで、過充電時の安全性が改善されることが分かった。
（実施例３）
正極活物質にリチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ₂）を用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池を作製した。
（比較例２）
負極集電体および負極リードをセパレータを介して正極活物質に対向させることなく、電極群を捲回し、実施例３と同様な非水電解質二次電池を製造した。
（実施例４）
正極活物質にリチウムニッケルコバルト酸化物（ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.2Ｏ₂）を用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池を作製した。
（比較例３）
負極集電体および負極リードをセパレータを介して正極活物質に対向させることなく、電極群を捲回し、実施例４と同様な非水電解質二次電池を製造した。
（実施例５）
正極活物質にリチウムニッケルコバルトアルミ酸化物（ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）を用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池を作製した。
（比較例４）
負極集電体および負極リードをセパレータを介して正極活物質に対向させることなく、電極群を捲回し、実施例５と同様な非水電解質二次電池を製造した。
（実施例６）
負極活物質に硫化鉄（ＦｅＳ）を用いる以外、実施例１と同様な非水電解質二次電池を作製した。
（比較例５）
負極集電体および負極リードをセパレータを介して正極活物質に対向させることなく、電極群を捲回し、実施例６と同様な非水電解質二次電池を製造した。
【００５１】
実施例３〜６、比較例２〜５の電池に対して、３Ｃ電流−１０Ｖの過充電試験を行った。その結果、実施例３〜６の電池では、発熱のみで、安全に試験が終了したのに対して、比較例２〜５の電池では、ガス噴出・発火に到った。
【００５２】
このように、本発明の電池構造を採用することで、過充電時の安全性が改善されることが分かった。
【００５３】
なお、前記実施例では、薄型ラミネートタイプの電池を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、円筒型、コイン型、扁平型、ペーパー型の二次電池にも同様に適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金の負極集電体と正極活物質間、アルミニウムまたはアルミニウム合金リード負極集電体間には、充電の電流値や電池の内部抵抗によりジュール発熱によってリチウムアルミニウム合金が形成され、この合金がアルミニウムに比べて高比抵抗層となるために、電流遮断が確実に生じ、組電池の場合には作動タイミングが揃うことになる。従って、電池の過充電耐性を改善することが可能になり、過充電時の安全性、信頼性の高い非水電解質電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解質二次電池の一例である薄型非水電解質二次電池を示す断面図である。
【図２】実施例１の電池構造を示した模式図である。
【図３】実施例２の電池構造を示した模式図である。
【図４】実施例１および比較例１の過充電試験における試験時間と電池電圧・電流との関係を示した図である。
【符号の説明】
１…電極群
２…外装材
３…正極リード
４…負極リード
５…正極集電体
６…正極活物質層
７…負極集電体
８…負極活物質層
９…セパレータ
１０…リチウムアルミ合金

Claims

外装材と、この外装材内に収納される正極活物質層が担持された正極と、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる負極集電体の表面に担持され、リチウムを吸蔵放出し、リチウムの電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位でリチウムを吸蔵する金属、合金及び化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質層を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に介在し非水電解質が保持されたセパレータとを具備する非水電解質二次電池において、前記正極の電気容量が前記負極の電気容量よりも大きく、前記負極集電体における表面に前記負極活物質層が形成されていない領域が前記セパレータを介して前記正極活物質層と対向することを特徴とする非水電解質二次電池。
前記正極の電気容量に対する前記負極の電気容量の比（正極／負極）は１．０より大きく、１．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
負極活物質は、チタン酸リチウムあるいは硫化鉄であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
前記外装材は、樹脂層を含有するシートから構成されることを特徴する請求項１に記載の非水電解質二次電池。
外装材と、前記外装材内に収納される正極活物質層が担持された正極と、金属の負極集電体の表面に担持され、リチウムを吸蔵放出し、リチウムの電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位でリチウムを吸蔵する金属、合金及び化合物よりなる群から選択される少なくとも１種類の負極活物質層を有する負極と、前記負極に接続されアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードと、前記正極及び前記負極の間に介在し非水電解質が保持されたセパレータとを具備する非水電解質二次電池において、前記正極の電気容量が前記負極の電気容量よりも大きく、前記リードの一部が前記セパレータを介して前記正極活物質層と対向することを特徴とする非水電解質二次電池。
前記正極の電気容量に対する前記負極の電気容量の比（正極／負極）は１．０より大きく、１．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
負極活物質は、チタン酸リチウムあるいは硫化鉄であることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質二次電池。
前記外装材は、樹脂層を含有するシートから構成されることを特徴する請求項５に記載の非水電解質二次電池。