JPH01128370A - 非水溶媒二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、非水溶媒二次電池に関し、特に電極群の構造
を改良した非水溶媒二次電池に係わる。

（従来の技術） 近年、負極活物質としてリチウム、ナトリウム、アルミ
ニウム等の軽金属を用いた非水溶媒電池は高エネルギー
密度電池として注目されており、正極活物質に二酸化マ
ンガン（Ｍｌ　０２　）　、フッ化炭素［（ＣＦ）ｎコ
、塩化チオニル （ＳＯＣ）２）等を用いた一次電池は既に電卓、時計の
電源やメモリのバックアップ電池として多用されている
。更に、近年、ＶＴＲ，通信機器等の各種の電子機器の
小形、軽量化に伴い、それらの電源として高エネルギー
密度二次電池の要求が高まり、軽金属を負極活物質とす
る非水溶媒−次嘔池の研究が活発に行われている。

非水溶媒二次電池は、負極にリチウム、ナトリウム、ア
ルミニウム等の軽金属を用い、電解液として炭酸プロピ
レン（ＰＣ）　、１．２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）
　、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、テトラヒドロフ
ラン（ＴＨＦ）、などの非水溶媒中にＬＸＣｉ０４、Ｌ
ｉＢＦ４、Ｌｉ　Ａｓ　Ｆ６　、Ｌｉ　ＰＦ６等の電解
質を溶解したものから構成され、正極活物質としては主
にＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ｖ２０５、Ｖ６Ｏ１３等のリチ
ウムとの間でトポケミカル反応する化合物が研究されて
いる。

」二連した非水溶媒二次電池においては、現・在、ボタ
ン形やコイン形の小容量のものが一部実用化されている
ものの、円筒形等の大容量電池は実用化されていない。

この主な理由は、充放電効率が低く、かつ充放電回数（
サイクル寿命）が短いためである。この原因は、負極リ
チウムの劣化によるところが大きいと考えられる。即ち
、放電時にリチウムイオンとして電解液中に溶解したリ
チウムは充電時に負極リチウム上に析出するばかりでな
く、負極端子を兼ねる金属容器内壁にも析出する。また
、充電時でのリチウムの析出において、リチウムが溶媒
と反応して負極表面の一部を不活性化させる。その結果
、充放電を繰返していくと、デンドライト状（樹枝状）
のリチウムが発生したり、或いは小球状に析出したリチ
ウムが浮遊状になり、リチウム極より脱離する等の現象
が生じる。

また、発生した浮遊状の金属リチウムがセパレータを貫
通したり、セパレータを回り込んで正極と接して短絡を
起こすことも度々生じる。特に、金属缶容器の内壁にリ
チウムが析出する場合には充放電を繰返していくと、容
器内壁に沿って浮遊状のリチウムが増大して短絡を起こ
し易くなる。しかも、リチウム負極′上に戻るリチウム
が減少して容；劣化を引き起こす問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、充放電特性の優れた非水溶媒二次電池を提供し
ようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、リチウム又はリチウム合金からなる負極と、
正極と、前記負極と正極とを隔離するセパレータと、非
水溶媒中に電解質を溶解した電解液とを備えた非水溶媒
二次電池において、前記負極の面積を前記正極の面積よ
り大きくし、かつ負極を正極に対して該負極の周辺の一
部が該正極に対向しないように配置したことを特徴とす
る非水溶媒二次電池である。

（作用） 本発明によれば、電極群を構成するリチウム又はリチウ
ム合金の負極を正極より大きな面積とし、かつ負極を正
極に対して該負極の周辺の一部が正極に対向しないよう
に配置することによって、放電時に正極に取込まれたリ
チウムイオンを充電時にリチウム負極に移行させる際、
該リチウムイオンの負極への移行確率を向上できる。ま
た、かかる充電時でのリチウムイオンのリチウム負極へ
の移動確率の向上によって、電極群を収納する負極端子
としての金属容器内壁へのリチウムの析出量を低減でき
る。従って、充放電の繰返し中に金属容器内壁へのリチ
ウムの析出、該リチウムと正極との接触に伴う短絡を防
止できると共に容量劣化を抑制できるため、充放電特性
の優れた非水溶媒二次電池を得ることができる。

（発明の実施例） 以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

図中の１は、底部に絶縁体２が配置された負極端子を兼
ねる有底円筒状のステンレス容器である。

この容器ｌ内には、電極群３が収納されている。

この電極群３は、負極４、ポリプロピレン不織布からな
るセパレータ５及び正極６をこの順序で積層した帯状物
を該負極４が外側に位置するように渦巻き状に巻回した
構造になっており、かつ該電極群３の負極４の上下端は
正極６の上下端より突出した形状になっている。このよ
うな電極群３は、第２図に示すように厚さ約０．４ｍｍ
、幅３９ｍｍ、長さ１３０１１１１１１の負極４及び厚
さ０．５ｍ１ｓ幅３７Ｍ１長さ１２０ｍｊ！の正極７を
夫々ポリプロピレン不織布のセパレータ５の両面に該負
極４の長手方向に沿う両端部が正極６の長手方向に沿う
両端部より１Ｍ突出するように重ね合せ、この帯状物を
負極４が外側に位置するように渦巻き状に巻回すること
により作製されたものである。なお、前記負極４は集電
体としてのニッケルエキスバンドメタルに厚さ０．１８
ｍｍ、幅３９賭、長さ１３０　ｒｕｎの２枚の帯状リチ
ウム箔を圧着した形状になっている。前記正極７は、二
硫化チタン（Ｔｌ　ｓ２）　１００９にアセチレンブラ
ック（導電材）１０ｇ及びポリテトラフロロエチレン（
結着材）１０ｇを混合し、このペースト状物をチタンエ
キスバンドメタルに圧着成形した構造になっている。

前記容器１内には、１．５モル濃度の六フッ化砒酸リチ
ウム（ＬＩＡＳＦ６）が溶解された２−メチルテトラヒ
ドロフランの電解液が収容されている。前記電極群３上
には、中央部が開口された絶縁紙７が載置されている。

また、前記容器１の上部開口部には、絶縁封口板８が該
容器１へのかしめ加工等に液密に設けられており、かつ
該絶縁封口板８の中央には正極端子９が嵌合されている
。

この正極端子９は、前記電極群３の正極６に正極り−ド
１０を介して接続されている。なお、電極群３の負極４
は図示しない負極リードを介して負極端子である容器１
に接続されている。

比較例 第３図に示すように厚さ約０．４ｎ、幅３７Ｈ１長さ１
３ＯＮの負極４′及び厚さ０．５１１ＬＩ％幅３７Ｍ１
長さ１２０Ｈの正極６′を、夫々ポリプロピレン不織布
のセパレータ５′の両面にそれら正負極４′、６′の長
平方向に沿う両端部が対向するように重ね合せ、この帯
状物を負極が外側に位置するように渦巻き状に巻回した
電極群を用いた以外、実施例と同構成の非水溶媒二次電
池を組立てた。

しかして、本実施例及び比較例の非水溶媒二次電池を各
々１００個用意し、各電池について１００ｍＡの電流で
電流電圧が０，８ｖになるまで放電を行ない、２．５　
Ｖになるまで充電する充放電サイクルを繰返し、各サイ
クルの短絡により不良をなった個数を調べた。その結果
を、下記第１表に示した。

第１表 上記第１表から明らかなように、本発明の非水溶媒二次
電池は比較例の非水溶媒二次電池に比べて充放電サイク
ル中の短絡が少ないことがわかる。

また、充放電サイクル終了後に電池を分解してみると、
比較例の電池では容器底部に相当量のリチウムが析出し
ていた。これに対し、本実施例の電池では容器内壁への
リチウムの析出は僅かに認められるだけであった。

また、本実施例及び比較例の電池について正常な電池の
充放電サイクルと放電容量との関係を調べたところ、第
４図に示す特性図を得た。なお、第４図中のＡは本実施
例の電池における特性線、Ｂは比較例の電池の同特性線
である。この第４図より、本発明の電池は比較例の電池
に比べて充放電サイクル数に対する放電容量の減少が極
めて少ないことがわかる。

なお、上記実施例では渦巻き状電極群中の負極を正極に
対して上下端部が対向しないようにしたが、負極の上端
部のみ又は下端部のみが対向しないような構造にしても
よい。

上記実施例では、電極群を渦巻き状にしたものを用いた
が、これに限定されない。例えば、平板状の正極、負極
をセパレータを介して積層した扁平型電極群を用いても
よい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば充放電サイクル時で
の短絡発生が少なく、かつ放電容量の減少が少ない等の
優れた充放電特性を有する非水溶媒二次電池を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す非水溶媒二次電池の半
裁図、第２図は第１図の電極群に使用される負極、セパ
レータ及び正極を積層した帯状物を示す斜視図、第３図
は比較例電極群に使用される負極、セパレータ及び正極
を積層した帯状物を示す斜視図、第４図は本実施例及び
比較例の非水溶媒二次電池の充放電サイクル数に対する
放電容量の関係を示す特性図である。 １・・・容器、３・・・電極群、４・・・負極、５・・
・セパレータ、６・・・正極、８・・・絶縁性封口板、
９・・・正極端子。 出願人代理人　弁理士　　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　リチウム又はリチウム合金からなる負極と、正極と、
   前記負極と正極とを隔離するセパレータと非水溶媒中に
   電解質を溶解した電解液とを備えた非水溶媒二次電池に
   おいて、前記負極の面積を前記正極の面積より大きくし
   、かつ負極を正極に対して該負極の周辺の一部が該正極
   に対向しないように配置したことを特徴とする非水溶媒
   二次電池。