JPH01320757A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPH01320757A
JPH01320757A JP63154390A JP15439088A JPH01320757A JP H01320757 A JPH01320757 A JP H01320757A JP 63154390 A JP63154390 A JP 63154390A JP 15439088 A JP15439088 A JP 15439088A JP H01320757 A JPH01320757 A JP H01320757A
Authority
JP
Japan
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positive electrode
active material
current collector
resin
sheet
Prior art date
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Pending
Application number
JP63154390A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Watanabe
淳 渡辺
Hiromochi Muramatsu
弘望 村松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/668Composites of electroconductive material and synthetic resins
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、移動用直流電源、バックアップ用電源などに
用いる充電可能な二次電池に関する。
[従来の技術] 従来、リチウム系二次電池は、活性炭素m維を正極に、
リチウム系合金を負極に、過塩素酸リチウムを溶解した
プロピレンカーボネー1〜と1,2−ジメトキシエタン
との混合液を電解液として用いたものが知られている。
この二次電池は、電気容量や充放電サイクルリ命が必ず
しも充分でなく、内部抵抗が高いという問題点をもって
いる。その理由としては、iE極活物質に用いる活性炭
素繊維の性能が十分でないためと考えられる。この改良
法として、特開昭60−25152号公報には、フェノ
ール系樹脂より得られた活性炭素繊維の不織布シー1〜
とアルミニウムラス板を重ね合せた集電体よりなる正極
を用いたリチウム系二次電池が開示されている。
このフェノール系樹脂より19られた活性炭素繊維は、
従来のものに比べて比表面積が1000m2/g以上で
、灰分ち0.05以下となり従来品に比べて純度が著し
く高い。これにより、電池の内部抵抗を低くし、電気容
量、充放電リイクル寿命を向jニさせている。
また特開昭62−226561号公報には、二硫化チタ
ン、二硫化モリブデン、二硫化チタン、三硫化モリブデ
ン、硫化ジルコニウム、三硫化リンニッケル、バナジウ
ムセレナイド、五酸化バナジウムなどの正極活物質を活
性炭素繊維布の綴紐′間隙に充填したシートと、集電体
とを重ね合せた正極を用いたリチウム系二次電池の開示
がある。
この例では、活性炭素繊維布は主として正極活物質の保
持材として用いられ通常使用されているポリテトラフル
オロエチレンを不用としている。
[発明が解決しようとする課題] 上記活性炭素繊維シー1〜と集電体とを重ね合せた正極
は、内部抵抗が高いことがわかった。また、活性炭素繊
維布を正極活物質として使用する場合は、活性炭素繊維
布に織目の間隙が有り、活性炭素繊維の純度を向上させ
たとしても正極での利用率の向上や内部抵抗の減少には
限度がある。また活性炭素繊維布の間隙に正極活物質を
充填する方法は、活性炭素繊維と正極活物質との比重が
異なり間隙に充填されても結着剤なしで安定に保持する
ことは困難である。またこの電池では正極にお【プる電
池反応が、正極活物質ではl i+イオンの出入りであ
るのに対して、活性炭素繊維ではC104−イオンの出
入りであるためカチオンとアニオンの両方が正極に集ま
ることになり電気的に中和し易くなる。そこでこの電池
は自己放電が大きくなり充放電のサイクルメを命が短く
なると推定される。
本発明は、前記した問題点を解決して正極での導電性を
向−ヒさぽ、内部抵抗が小さい二次電池とすることを技
術的課題とづる。
[課題を解決するだめの手段] 本発明の二次電池は、正極においてシート状活物質と正
極集電体との接合面に導電性物質が分散された硬化樹脂
層を介して接合されている。
[発明の作用およびその効果] 本発明の二次電池は、正極がシー1〜状活物質と正極集
電体との間に導電性物質を分散した硬化樹脂層が介在し
−Cいる。この導電性の硬化性樹脂層を介在させること
により、正極活物質のシート状活物質と正極集電体との
間の導電性が向上し接触抵抗が著しく低下する。そのた
め本発明の二次電池は、充放電υイクル寿命が伸び、自
己放電が減少し、急速充放電が可能で電池特性が高くな
る。
[実施例] 以下実施例により本発明を説明Jる。
[実施例1] 第1図は本発明の電池の構成を示す断面斜視図である。
この二次電池は、シート状活物質2と正極集電体1とが
硬化樹脂層9を介して接着された正極10と、リチウム
を含む負極活物質4と負極集電体5とからなる負極11
と、正極10と負極11とに挟持されるポリプロピレン
不織布からなるセパレータ3、および主としてセパレー
タ3に含浸された電解液(図示せず)で構成され、プラ
スチックフィルムケース8でシールされている。なお、
各電極より液漏れのないように、正極端子6と負極端子
7がプラスチックフィルムケース8より取出されている
正極集電体1はステンレス(SUS304)製 7のエ
キスバンドメタルを圧延し、全体を平面状にしたもであ
り寸法が(70x42x0.05mm)である。シー1
〜状活物質2゛はPAN系活性炭繊維の平織布(70x
42x0.4mm>で形成されている。正極集電体1と
シート状活物質2とを一体的に接合する硬化樹脂層9は
、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂100gに導電性
物質である活性炭素微粒子10CIを混合した導電性接
着剤からなる。すなわち、硬化樹脂層9はこの導電性接
着剤を正極集電体1に薄く塗り、その上にシート状活物
質2を重ね、250℃で5分間50kq/Cm2の圧力
でホットプレスすることにより得られたものである。
導電性物質は、前記活性炭素粒子の外に、カーボン粒子
、カーボンブラック等が用いられる。特にシー1〜状活
物質と同一素材で形成することが好ましい。
このIJ導電性物質使用量は、硬化樹脂1gに対して0
.1へ・0.8(]が好ましい。導電性物質の使用量が
5重量%未満であると導電性の付与効果が不十分で好ま
しくない。
硬化樹脂としては、電解液に安定なものであれば良く、
例えば前記のフェノール樹脂の外に、1ボ素樹脂、メラ
ミン樹脂、不飽和ポリ■ステル樹脂、コユボキシ樹脂、
ジアリルフタシー1〜樹脂等が用いられる。そしてこの
硬化性樹脂が導電性物質の保持と接着を受りもつ。
シート状活物質と正極集電体との接合方法は、例えば前
記導電性粒子とこの粒子が分散された熱硬化性樹脂とで
形成される導電性接着剤を、正極集電体の表面に塗り正
極活物質を重ねてホットプレスする方法が好ましい。こ
のホットプレスにより、熱硬化性樹脂が硬化して硬化樹
脂層を形成し正極活物質と正極集電体とを接合して・正
極を形成する。この硬化樹脂層に導電性物質が介在して
いるので正極集電体とシーミル状活物質との間の導電性
が向上し、正極での接触抵抗が減少する。その結果とし
て電池性能が向上する。
セパレータ3はポリプロピレン不織布(73×44、X
o、2mm)で形成され、シート状活物質2と負極活物
質4とにより挟持されている。セパレータ3に含浸され
る電解液は1MのLiCIO4/炭酸プロピレン60容
量%−1,2−ジメトキシエタン40容量%の溶解液で
ある。
負極活物質4は、アルミニウムーリチウム合金(63x
40x0,1mm) で形成され、ソノ背面に負極集電
体5のニッケルのエキスバンドメタル(63x40xO
,08mm>を加圧フレステ密着させて負極11を形成
されている。
これらの内容物はポリエチレンとアルミニウムを主体と
した高バリアー性のプラスチックフィルムケース8にヒ
ートシールされ収納されている。
このプラスチックフィルムケース8は、ポリエチレンテ
レフタレート20.アルミニウム21、ポリエチレン2
2、ポリビニリデンクロライド23を積層して形成した
フィルムであり第3図にその模式断面斜視図を示す。
次にこの電池の基本作動を説明する。正極端子6と負極
端子7の間に電圧を印加すると、正極10においてはシ
ート状活物質2に電解液中のClO4−イオンが集まり
、電子をシート状活物質2の活性炭素m雑布に与える。
この電子は正極集電体1を介して外部回路へ伝わる。C
lO4−は電気的吸着によりシート状活物質2上にとど
まっている。
一方負極11では、電解液中のli+イオンが負極活物
質4であるアルミニウムーリチウム合金」:に集まり、
外部回路を伝わってきた電子を受取りリチウムとなりア
ルミニラ、ムーリチウム合金の負極活物質4上でアルミ
ニウムとリチウムとの合金化が進む。この状態が充電で
ある。
放電は前記と反対に電子が伝わり電解液中へ、ClO4
−イオンとl−i+イオンが放出される。
この電池についての充電特性を調べ′た結果を第4図に
示す。この充電特性は3.2vの電圧で最大電流を30
mAに規制して2時間充電をおこなったものである。第
4図に示すように横軸に充電時間を取り、縦軸に充電電
流を取り充電状況を線図で示した。この電池は約20分
間30mAの最高電流が流れて充電が充分おこなわれた
。したがって、この電池は短時間で高容量の充電が可能
になった。同時に充放電特性も向上しより大きな電流を
取りだすことが可能になった。
なお、本実施例の正極におけるシート正極活物質と正極
集電体との接触抵抗はOΩであった。
[比較例] 比較としてシート状活物質と正極集電体とを単に重ねて
圧着して形成した正極を用いた以外は、実施例1と同様
にして電池を作製した。この電池についても実施例1ど
同様に充電特性を調べた。
第4図の点線に示づようにこの電池での充電は、30m
Aの電流の流れた時間は僅か5分と実施例に比べて短く
、電流の低下がゆっくりで、充電の完了に時間がかかつ
ている。よって比較例の電池は充電時間が長く本発明の
電池の充電特性が優れていることを示している。
またこの比較例の正極におけるシー1〜状活物質と正極
集電体との接触抵抗は170Ωであり、本実施例のほぼ
OΩと比較して著しく接触抵抗が高い。
[実施例2] この電池は、シート状活物質として、PAN系−10= 活性炭素繊維布(東邦レーヨン(株)、FW−410)
とその繊維間隙に充填したPAN系活性炭素繊維の粉砕
物とからなるものを使用した。充填法は、吸引ろ適法を
用い活性炭素繊維布をロー1−上にのせ吸引しながら微
粉化した粉砕物を繊維間隙に充填した。この際永等の媒
体に分散させて充填してもよい。その後活性炭素11維
布の表面をテフロンで薄くコーティングして充填物を固
定した。
なお、充填に用いた粉砕物の粒子の大きさは、10μm
〜l111mのものを用いた。これより小さくなると繊
維上での固定が困鯉となるため好ましくない。
得られたシー1〜状活物質を実施例1と同様に導電性接
着剤を介して正極集電体と接合させて正極を作製した。
なお、正極以外の他の部分に構成は実施例1の電池と同
じである。
得られた電池の正極活物質め見掛は容積当たりのエネル
ギー密度を測定するため、3.2■で2時間充電後、負
荷抵抗1にΩで2Vまで放電させ、その放電容量を求め
、正極活物質の見掛は容積当たりのエネルギー密度をも
とめた。この結果を第5図に示すように、本実施例の電
池は、正極活物質の見掛は容積当たりのエネルギー密度
が40Wh/勇であった。
なお、比較のため前記の比較例の電池を用い、前記と同
じ方法で正極活物質のみかけ容積当たりのエネルギー密
度を求めた。この値は30Wh/pであった。本発明の
電池では正極活物質の重さは、比較例の電池のそれより
30%増加している。
しかし容積は比較例と同じでありコンパクト化されてい
る。このため放電容量も30%増加し7C0この場合シ
ート状活物質と同一種類の正極活物質を充填づることに
よりさらに正極活物質の電池空間における利用率が向上
し電池の容積当たりのエネルギー密度を向上させること
ができる。
なお、シート状活物質は、前記の活性炭素繊維等の導電
性高分子繊維の織イ1の外に、フェルトまたは不織布で
形成することもできれる。活性炭素繊維としては、フコ
−ノール系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性
炭素繊維(PAN系)、レーヨン系活性炭素繊維、ピッ
チ系活性炭素繊維を用いることができる。
正極集電体は、前記したようにシー1〜状活物質の活性
炭素繊維布の少なくとも一端面に接合して一体化して正
極を形成する。この正極集電体の祠質は、ステンレス、
アルミニウム、チタン等のシート、ラス、スクリーン、
パンチングメタルを用いることができる。
負極は、リチウムを含む負極活物質と負極集電体とが接
合されて形成されているものが用いられる。負極活物質
はリチウム、アルミニウム箔を重ねてホットプレスする
ことも、また電気化学反応で合金化してもよい。負極集
電体はニッケル、ステンレス、チタン等が用いられ、エ
キスバンドメタルやメツシュの形状のものが用いられる
電解液は、前記したように非水系の有機溶媒にリチウム
イオンを発生する電解質を溶解したものである。電解質
はLiCIO4の他かにLiPFe、LiASFe、L
iBF4、LtCF:+SO3、L iB (Os H
s)a等が用いられる。電解液の溶媒としでは、プ〔]
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1.2−
ジメトキシエタン、Y−ブチロラクトン、テトラヒドロ
フラン、2−メチルテi〜ラヒドロフラン、ジメチルホ
ルムアミド、1.3−ジオキソラン、4−メチル−1,
3−ジAキソラン、アセトニトリル等を単独またはこれ
らを組合ゼて用いてもよい。
またこの電解液に溶解Jる電解質の濃度は0゜5〜3M
の間であることが溶解性および電池性能を保持するのに
好ましい。
正極と負極との間にはセパレータを介在させる。
このセパレータには、ポリプロピレンの不織布やガラス
Il維、セラミック繊維の多孔質シートを用いることが
できる。
前記実施例では負極活物質としては、アルミニウムーリ
チウム合金を用いたが、リチウムとの合金として鉛、ビ
スマス、カドミニウム、錫の少なくとも一種よりなる合
金であってもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例の電池の断面説明斜視図、第2図は正極
の断面説明斜視図、第3図はフィルムケースの部分拡大
断面斜視図、第4図は充電特性を示す絵図、第5図は容
積当たりのエネルギー密度を示す棒グラフである。 1・・・正極集電体    2・・・正極活物質3・・
・セパレータ    4・・・負極集電体5・・・負極
活物質    6・・・正極端子7・・・負極端子  
   8・・・フィルムケース9・・・硬化樹脂層  
  10・・・正極11・・・負極 特rj[出願人   日本電装株式会社代理人    
弁理士 大川 宏 −15=

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シート状活物質と正極集電体とからなる正極と、
    リチウムを含む負極活物質および負極集電体からなる負
    極と、セパレータと、主としてセパレータ中に含浸され
    ている電解液とからなる二次電池において、 前記正極はシート状活物質と正極集電体との接合面に導
    電性物質が分散された硬化樹脂層を介して接合されてい
    ることを特徴とする二次電池。
JP63154390A 1988-06-22 1988-06-22 二次電池 Pending JPH01320757A (ja)

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JP63154390A JPH01320757A (ja) 1988-06-22 1988-06-22 二次電池

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01221860A (ja) * 1988-02-29 1989-09-05 Elna Co Ltd 二次電池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01221860A (ja) * 1988-02-29 1989-09-05 Elna Co Ltd 二次電池

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