JPH03134956A - リチウム二次電池 - 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】 産業上の利用分野 ２、、。

本発明は、リチウム二次電池、特に極板を捲回する円筒
形リチウム二次電池の信頼性に関するものである。

従来の技術 従来、この種のリチウム二次電池は高電圧・高エネルギ
ー密度を有し、かつ貯蔵性、耐漏液性などの信頼性に優
れるため、広く民生用電子機器の電源に用いられている
。

リチウム二次電池では負極にリチウム、正極には負極か
ら溶出したリチウムイオンを収納できる反応席をもった
、結晶構造が層状あるいはトンネル構造を有する遷移金
属の酸化物やカルコゲン化合物が検討されており、充放
電でリチウムイオンが電解液を介し、正、負極の間を移
動する。この種のリチウム二次電池のうち、円筒形のも
のについて現在盛んに開発研究が試みられている。

一般にリチウム二次電池の場合、その負極充填容量は正
極の容量に対して数倍になるように構成している。これ
は、この電池の充放電反応に負極リチウムの消耗反応が
含まれるためであシ、予め過剰に負極を充填し、サイク
ル寿命を確保している。

発明が解決しようとする課題 上記円筒形リチウム−次電池のうち渦巻形電極を持つ電
池では一般に、正極と負極の間に両極板よシ幅の広い帯
状のセパレータを介し、それらを渦巻状に巻回して極板
群としている。従来、負極の集電はリボン状のリードラ
リチウム負極の側面に圧着して行っている。

上記のような従来の負極リード板を用いて円筒形リチウ
ム二次電池を試作し、充放電サイクル試１ＩＩｔヲ行な
った。試験は定電流方式で、予め設定した充電終止電圧
と放電終止電圧間でサイクルさせるものである。ところ
が試験総数１ｏｏ個のうち、５７個で第１図に示すよう
にサイクル途中に充放電曲線に異常が見られた。またそ
のうち３６個の電池第２図に示すようにサイクル途中で
充放電容量が急激に減少し、その後、容量がほとんど出
なくなった。そこで充放電曲線の異常や充放電容量の減
少等の不良の有無にかかわらず、全部の試験電池を同一
サイクルの充電状態で試験を停止し、分解した。その結
果上記不良のみられた電池の負（ｉｌｌ−ド板圧着部で
リード板の角（エツジ）と接するリチウムに亀裂が入り
、わずかな部分でつながっているような状態となってい
た。またサイクル試験中に上記不良が見られなかった電
池についても同様の亀裂がよシ短いが、見られた。これ
は負極の捲回方向に対して平行に切ったリードの断面に
角（エツジ）を有するためである。すなわち現状のリー
ド形状ではリードの角（エツジ）がリチウムに食い込ん
だ状態で充放電を行っており、充放電をくり返すにつれ
て、上記箇所に一種の金属疲労と思われる亀裂が生じた
と考えられる。すなわちサイクル途中における充放電曲
線の乱れは負１ｉ　１Ｊ−ドがリチウム負極とつながっ
たり離れたりしたためであり、充放電容量の急激な減少
は負極リードがリチウム負極から完全に分離したためと
思われる。また１００サイクル時点で上記充放電特性に
おける不良が范られなかった電池においても、更にサイ
クルが進むにつれて不良が発生する５１、 可能性がある。

以北のことから現状では信頼性に乏しいと言わざるを得
ない。

本発明は上記課題を解決し、電池の信頼性を確保するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明のリチウムニｙ電池は、負極の集電ラリボン状の
金属板からなるリードラリチウム負掘の捲回方向に対し
て垂直に圧着して行うもので、リードは負極との接触面
に対し角（エツジ）を有しない形状とするものである。

例えば、負極の巻回方向に対して平行に切ったリードの
断面を楕円形もしくは小判形とするものである。

作用 本発明の前記の形状を有するリードを用いると、リチウ
ム負極とリードとの接触部におけるリチウムへのリード
の食い込みを抑えることができる。

すなわち充放電を繰り返してもリチウムとリードとの接
触部におけるリチウムの亀裂や切断を防ぐことができ、
上記リチウムの亀裂による充放電曲線の乱れや上記リチ
ウムの切断による充放電容量の急激な減少を防ぐことが
できる。以上のことから上記課題であった信頼性の向上
をはかれるものである。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

第３図は実施例に用いた円筒形リチウム二次電池の縦断
面図である。図で正極板１は三二酸化クロム（Ｏｒ２０
５　）　ｋ生活物質とする正極合剤をチタニウム製のエ
キスパンデッドメタルからなる芯材に充填し、乾燥した
ものである。４は芯材と同材質からなる正１ｆｉ　リー
ド板で芯材にスポット溶接したものである。負極板２は
金属リチウムからなシ、その−側面に負極リード板５が
圧着されている。

３は三次元的空孔構造（海綿状）を有するポリオレフィ
ン系（ポリプロピレン、ポリエチレンまだはそれらの共
重合体）の微孔性フィルムからなるセパレータである。

また電極体は正極１と負極２間に両極板より幅の広い帯
状のセパレータ３を介在して全体を渦巻状に巻回して構
成する。さらにア 上記電極体の上下それぞれにポリプロピレン製の絶縁板
６．７を配してケースに挿入し、ケース８の上部に段部
を形成させた後電解液を注入し、封口板９で密閉して完
Ｓｔ池とする。

本実施例では負極に圧着したリード板の形状において第
４図乙に示すように負極の捲回方向に対して平行に切っ
た断面に角を有する一般的な長方形である現行のものを
用いた電池（ａと呼ぶ）、上記断面がｂのように亀甲形
多角形であるものを用いた電池（ｂと呼ぶ）、上記断面
がＣのように楕円形であるものを用いた電池（Ｃと呼ぶ
）、上記断面がｄのように小判形であるものを用いた電
池（ｄと呼ぶ）を各々１００個ずつ試作し、すべての電
池について充放電サイクル試験を行った。

この場合の試験条件は２０Ｃにおいて、１００ｍＡの定
電流で充電終止電圧を３．８Ｖ、放電終止電圧′ｆｃ２
．○Ｖとして行うものである。試験は１ｏｏサイクル目
の充電状態まで行った。試験結果は次の３通りのものと
なった。１．サイクル途中で充放電容量が急激に減少し
、その後充放電容量がほとんどＱとなった。２．サイク
ル途中で充放電曲線に異常が見られた。３．異常なし。

但し、１の電池は全数２の現象を伴っていた。以上の３
つのタイプ別にａ、ｂ、ｃ、ｄそれぞれでの発生数を表
にしたものを次表に示す。

次にａ、ｂ、ｃ、ｄの電池全数を分解し、リチウム負極
と負極リードの接触状態を観察しだ。その結果充放電試
験で１の現象が見られた乙の電池（ａ　−１と示す。以
下同様）の負極では全数リチウム負極からリードが分離
していた。またＩＬ−２ｂ−２ではリチウム負極がリー
ドと接する箇所に亀裂を生じており、分離しかけていた
。ａ−３でもａ−２よシは軽度ではあるがリチウム負極
に亀裂が見られ、１）−３では亀裂こそ見られなかった
９１、　。

が、リチウム負極にややリードの食い込んだ跡が見られ
た。Ｑ−３，０−４では亀裂は元より、リードの食い込
み跡さえ見られなかった。

以北の結果から本発明によりリチウム負極のリードが角
（エツジ）を有しない形状であることが大きな効果を持
つことがわかった。また、従来のリードの断面が長方形
（ａ）のものに比べ断面が多角形（ｂ）のものも効果を
有することがわかった。

なお、実施例では正極活物質に五二酸化クロムを用いた
が、也の例えば二酸化マンガン、三硫化モリブチ°ン、
酸化バナジウム（ｖ２０ｓ　＋　Ｖ６０＋ｓ　。

Ｖ３０ｓ　）−二硫化チタン、オキシリン酸鋼、酸化バ
ナジウム（Ｖ２Ｓｓ　）　、リチウムマンガン複合酸化
物。

池の酸化クロム等であってもよい。

発明の効果 このように、本発明では信頼性に優れたリチウム二次成
池を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

１Ｑ、、。 なサイクル特性図、第３図は円筒形リチウム２次電池の
代表的な構造を示す断面図、第４図は本発明におけるリ
チウム負極の捲回方向に対して下行に切った負極リード
の断面図である。 １・・・・・正極、２・・・・・・負極、３・・・・・
・セパレータ、４・・・・・・正極リード板、５・・・
・・・負４１リード板、６・・・・・・上部絶縁板、了
・・・・・・下部絶縁板、８・・・・・・ケース、９・
・・・・・封口板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解液にリチウム塩を溶解した有機溶媒を備え、
   正極と負極金属リチウムをセパレータを介して捲回した
   電池であって、負極の集電はリボン状の金属板からなる
   リードをリチウム負極の捲回方向に対して垂直に圧着し
   て行い、前記リードが負極との接触面に角（エッジ）を
   有しない形状であることを特徴とするリチウム二次電池
   。
2. （２）負極の捲回方向に対して平行に切ったリードの断
   面が楕円形であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のリチウム二次電池。
3. （３）負極の捲回方向に対して平行に切ったリードの断
   面が小判形であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のリチウム二次電池。