JPH03252065A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に炭素質材料を負極とする非水電解液二次電池に関する
ものである。
密度が1.70g/d未満であり、且つ空気気流中にお
ける示差熱分析で700℃以上に発熱ピークを有しない
炭素質材料を負極とする非水電解液二次電池において、
炭素質材料の体積加重平均粒径d、lvのセパレータの
厚さtに対する比aNy/lを規定することで、製造工
程中の絶縁不良の発生を抑え、生産性、信鯨性に優れた
非水電解液二次電池を提供しようとするものである。
量化を次々と実現させている。それに伴い、移動用it
源としての電池に対しても、益々小型・軽量且つ高エネ
ルギー密度のものが求められている。
・カドミウム電池等の水溶液系電池が主流であるが、こ
れらの電池はサイクル特性には優れるものの、電池重量
やエネルギー密度の点では充分に満足できる特性とは言
い難い。
水電解液二次電池の研究・開発が盛んに行われ、一部商
品化され始めている。この電池は高エネルギー密度を有
し、自己放電も少なく軽量という優れた特徴を有するが
、充放電サイクルの進行に伴い充電時にリチウムがデン
ドライト状に結晶成長し、正極に到達して内部シテート
に至る可能性が高くなる欠点があり、実用化への大きな
障害となっている。
電池は、化学的・物理的方法により予め炭素材料に担持
させたリチウムや、正極活物質の結晶構造中のリチウム
、あるいは電解液中に溶解しているリチウム等の炭素層
間へのドープ/脱ドープを利用するもので、サイクルが
進行しても充電時のリチウムのデンドライト状析出は見
られず、数100回を超える優れた寿命性能を示す。
2066号公報、あるいは特開昭6290863号公報
等に開示されるように、通常は(002)面の面間隔が
3.40〜3.60人、真密度が1670〜2.20g
/Cd程度のものが用いられている。しかしながら、こ
のような炭素材料を用いたのでは、リチウムのドープ可
能量が不十分で、電池のエネルギー密度を決定する大き
な要因である炭素の単位重量当たりの容量(mAh/g
)は、理論値の半分程度に過ぎないことがわかってきた
。
の割合でドープされる。) 本願出願人は、この点について研究を重ね、特願昭63
−217295号に示されるように、(002)面の面
間隔3.70Å以上、真密度が1.70g/cm3未満
であり、且つ空気気流中に於ける示差熱分析で700℃
以上に発熱ピークを有しない炭素質材料を用いることに
より、サイクル寿命に優れるだけでなく放電容量も大き
な非水電解液二次電池を得ることに成功した。
を所定の大きさに粉砕したものが負極材料として用いら
れるが、特願昭63−217295号において規定され
る炭素質材料の多くは、いわゆるガラス状炭素あるいは
ガラス状炭素に近い性質を持った難黒鉛化性炭素材料で
あるため、硬く且つ粉砕粒子の稜部が鋭利である。
し易く、内部シ理−F等により絶縁不良が発生する虞れ
があり、なんらかの対策を講する必要が生じている。
あって、絶縁不良発生率が小さく、生産性や信鯨性に優
れた非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
重ねた結果、使用する炭素質材料の体積加重平均粒径を
セパレータの厚さに応して選定すれば良いとの結論を得
るに至った。
て、(002)面の面間隔が3.70Å以上、真密度が
1.70g/cd未満であり、且つ空気気流中における
示差熱分析で700 ”C以上に発熱ピークを有しない
炭素質材料よりなる負極と、負極炭素質材料1g当たり
250sAh以上の充放電容量相当分のリチウムを含ん
だ正極と、これら負極と正極との間に介在されるセパレ
ータと、非水電解液を育してなり、前記炭素質材料の体
積加重平均粒径d1のセパレータの厚さtに対する比d
□/Lが0.04以上、0.8以下とされたことを特徴
とするものである。
Å以上、真密度が1.70g/cm3未満であり、且つ
空気気流中に於ける示差熱分析で700°C以上に発熱
ピークを有しない炭素質材料よりなる負極と、250+
mAh/g以上の充放電容量相当分のリチウムを含んだ
正極と、非水電解液とを有してなる非水電解液電池にお
いて、炭素質材料の体積加重平均粒子径(μm)のセパ
レータの厚さ(μm)に対する比を適切な範囲内に規定
することにより、電池製造時の内部ショート不良品の発
生を抑制することができたというものである。
v(μm)、正極と負極の間に設置するセパレータの厚
さをt (μm)とするとき、その比d□/lを0.0
4以上、0.8以下にする。
6以下にすることにより、電池製造時の内部ショート不
良発生率を更に低減させることができる。
は、電池製造時に於ける内部ショート不良発生率が高く
なり、製造歩留りが低下するとともに、充放電サイクル
試験開始後数サイクルで内部ショート不良が発生する潜
在的な不良品も混入するようになる。
は、−船釣に使用されるセパレータの厚さから夏用され
る炭素質材料の平均粒径が非常に小さいものとなり、そ
れに伴い自己放電量が増大し実用的でなくなる。
体積を基準として求められる平均粒径であって、例えば
レーザ回折法等により容易に測定することができる。
条件の他に更に次の条件を満たすことが望ましい。
(μm)とするとき、その比d、。/lが0.06以上
、1.8以下、好ましくは0.08以上、1.5以下で
ある。
0 *Ah/g以上の充放電容量相当分のリチウムを含
んだ正極と、非水電解液と組合せ電池を構成することに
より、サイクル寿命放電容量等の優れた電池特性を損う
ことなく、製造時の内部ショート不良発生率を低く抑え
ることに成功した。
料を焼成等の手法により炭素化して得られる炭素質材料
が挙げられ、出発原料となる有機材料としては、フルフ
リルアルコールあるいはフルフラールのホモポリマー、
コポリマーよりなるフラン樹脂が好適である。具体的に
は、フルフラール+フェノール、フルフリルアルコール
+ジメチロール尿!、フルフリルアルコール、フルフリ
ルアルコール+ホルムアルデヒド、フルフラール十ケト
ン類等よりなる重合体が挙げられる。このフラン樹脂を
炭素化した炭素質材料は、(002)面の面間隔d、。
(DTA)において700℃以上に発熱ピークを持たず
、電池の負極材とじて非常に良好な特性を示す。
油ピッチを用い、これに酸素を含む官能基を導入し、い
わゆる酸素架橋を施して酸素含有量10〜20重量%の
前駆体とした後、焼成して得られる炭素質材料も好適で
ある。かかる炭素質材料は、例えば特公昭53−311
16号公報等にも記載されるが、ここでは酸素含有量を
最適化することにより(002)面の面間隔d、。8を
3.70Å以上、示差熱分析(DTA)において700
℃以上に発熱ピークを持たない炭素質材料とし、前記負
極材料として使用する。
際にリン化合物、あるいはホウ素化合物を添加すること
で、リチウムに対するドープ量を大きなものとした炭素
質材料も使用可能である。
るリン酸)、メタリン酸、ポリリン酸等のリンのオキソ
酸、さらにはこれらオキソ酸の塩等が挙げられるが、取
り扱い易さ等の点からリン酸が好適である。
は、これら有機材料、炭素質材料に対してリンに換算し
て0.2〜15重量%、また炭素質材料中のリンの含量
は0.2〜5.0重量%とすることが好ましい。
素、五酸化四ホウ素等のホウ素の酸化物やオルトホウ#
(いわゆるホウM)、メタホウ酸。
が挙げられる。これらのホウ素化合物は、いずれも水溶
液の状態で炭素化のための反応系に添加することができ
る。
量は、これら有機材料、炭素質材料に対してホウ素換真
で0.15〜2.5重量%、また炭素質材料中のホウ素
の含量は0.1〜2.0重量%とすることが好ましい。
合、正極材料としては十分な量のLiを含んだ材料を使
用することが好ましく、例えば−般式LiMO□ (た
だし、MはCo、Niの少なくとも1種を表す、)で表
される複合金属酸化物やLiを含んだ眉間化合物等が使
用される。特にLiCo0zやL i COo、sN
ia、zOz等を使用した場合に良好な特性が発揮され
る。
した後)で負極炭素質材料1g当たり250sAh以上
の充放電容量相当分のLiを含むことが好ましいが、要
するに電池系内に負極炭素質材料1g当たり250mA
h以上の充放電容量相当分のLiが存在すればよい、な
お、このLiの量は、電池の放電容量を測定することに
よって判断することとする。
せて調製されるが、これら有機溶媒や電解質としてはこ
の種の電池に用いられるものであればいずれも使用可能
である。
ート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタ
ン、1,2−ジェトキシエタン、γ−ブチロラクトン、
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、
1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソ
ラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラ
ン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール等
である。
、LiPF、、LiBFn、L i B (C−Hs)
4、CH35OsLi、CFsSOsL i、L i
C1゜LiBr等である。
定することにより、炭素質材料の平均的粒子が電極より
脱落しt&平面上に付着しても、セパレータを貫通し正
極に電気的に接触する可能性が低減する。
求めるため、次のような実験を行った。
8)を用い、これに酸素を含む官能基を10〜20重量
%導入(いわゆる酸素架橋)した後、不活性ガス雰囲気
中1000°Cで焼成してガラス状炭素に近い性質を持
った難黒鉛化性炭素質材料を得た。この材料についてx
11A11人定を行った結果(002)面の面間隔が3
.76人であった。
.62g/cm3であった。更に、空気気流中において
示差熱分析を行ったところ、最高温度の発熱ピークは6
50℃付近に存在し、700℃以上には発熱ピークは見
られなかった。
分、300分間粉砕し炭素質材料1〜5を得た。これら
の材料についでレーザー回折式粒度分布測定装置を用い
て体積加重平均粒径並びに累積90%粒径を求めた。第
1表に測定結果を示す。
ニリデンlO重量部を加え混合し、負極合剤とした。こ
の負極合剤を溶剤N−メチルピロリドンに分散させてス
ラリー状にした。
集電体胴箔の両面に塗布し、乾燥した。乾燥後にローラ
ープレス機により加圧成型して、これを41.5腸の幅
に切断し、帯状の負極を作製した。
ぼ同じ膜厚で形成されており、また電極の総厚は約17
0μ園であった。
としてLiCoO2を用いた。LrCo0z91 W置
部に、導電剤としてグラファイト6重量部、結着剤とし
てポリフッ化ビニリデン3重量部を加え混合し正極合剤
とした。この正極合剤を溶剤N−メチルピロリドンに分
散させてスラリー状にした。
電体アルミ箔の両面に塗布し、乾燥した。
40.5園の幅に切断し、帯状の正極を作製した。この
正極に於いて、正極活物質層は正極集電体の両面にほぼ
同じ膜厚で形成されており、また電極の総厚は約180
μ−であった。
を厚さ25μ園の微孔性ポリプロピレン製フィルム状セ
パレータ(3)と共に、負極(2〕、セパレータ(3)
、正極(1)、セパレータ(3〕 の順に積層した後、
第1図に示すように渦巻型に多数回巻回することにより
、実験用巻回体を製作した。同様の手順で同じ炭素質材
料1を使用した実験用巻回体を合計400本作製作た。
接して取付け、正極(1)にはアルミ製正極リード(1
1)を溶接して取付けた。
様の手順で実験用巻回体4を400本作製作た。
様の手順で実験用巻回体5を400本作製作た。
様の手順で実験用巻回体2を400本作製作た。
様の手順で実験用巻回体3を400本作実験用壱回体6 炭素質材料2を使用し、セパレータとして厚さ50μ−
の微孔性ポリプロピレン製フィルム状セパレータを使用
したこと以外は実験用巻回体1と同様の手順で実験用巻
回体6を400本作製作た。
について露点−50゛C以下に制御された乾燥室内、常
温下で、正・負極端子間の抵抗値の測定を行った0両極
端子間の抵抗値がIOMΩを超えるものは、絶縁状態良
好と考えて良品とし、10MΩ以下のものは、絶縁状態
が不良であり内部ショート不良品と判定した。
率、使用した炭素質材料の体積加重平均粒径(dlIv
)、累積90%粒径(d、、)並びにセパレータの膜厚
D)及びd、lv/を値、dwo/を値を示す。
パレータ厚さに対する比(d MV/ t )と内部シ
ョート不良発生率との関係を、第3図には、炭素質材料
の累積90%粒径のセパレータ厚さに対する比(dX。
びにセパレータより成る電極群を渦巻状に巻回する工程
に於いて、負極に使用する炭素質材料の粒子を、体積加
重平均粒径のセパレータ厚さに対する比(d、4v/
t )が0.8以下になるような大きさにすることによ
って、内部ショート不良発注率を大きく抑制することが
できる。更に、第2表によれば、d)Iy/lを0.6
以下になるような大きさの粒子の炭素質材料を用いるこ
とにより、この効果は一層大きくなることがわかる。
体積加重平均粒径のセパレータ厚さに対する比(dsV
/l)は上記範囲内であっても粒度分布の幅が広く、大
きな粒子の混入する確率が高くなり、内部ショート不良
発生率が増加する可能性もある。従ってこのような材料
を排除するという意味から、小さな粒子から累積した合
計体積が全粒子の総体積の90%に相当する時の粒径(
累積90%粒径d、。)のセパレータ厚さに対する比(
d、。/1)が1.8以下になるような粒度分布を有す
る炭素質材料であることが望ましい。特に第2表や第3
図からも明らかな通り、d、。/Lが1.5以下になる
ような粒度分布を有する炭素質材料とすることにより、
この効果は一層大きくなる。
料の比表面積は2乗に反比例し大きくなる。炭素質材料
の比表面積の増加により、電池を充電した状態で保存し
た時の容量減少即ち自己放電量が大きくなりすぎ、実用
的ではない、したがって、体積加重平均粒径のセパレー
タ厚さに対する比(dsv/ t >の下限は0.04
と規定される。
自己放電量を低減させる意味で望ましい。
に対する比(d9゜/1)=0.06を下限とすること
が良い、更にdwa/lの下限を0.08以上とするこ
とにより、自己放電量をより低減させることができ、こ
のような条件を満たす炭素材料を使用することは一層望
ましい。
ニッケルメッキを施した内径13.3■の鉄製電池缶(
5)に収納した。外層容器と巻回体との良好な電気的接
触が得られるよう、正極リードは電池蓋(7)に、負極
リードは電池缶(5)に夫々溶接した。S固体の上・下
断面部には絶縁板(4)を配設した。
シエタンとの混合溶媒中に六フフ化リン酸リチウムを1
モル11の割合で溶解した電解液を注入した。
かしめて電池内の見回性を保持させるとともに、電池缶
(5)と電池蓋(7)との間の電気的な絶縁性も確保し
た。なお、電池缶(5)と電池蓋(7)の間には、防爆
弁(8)を配設した。
筒型非水電解液二次電池を100本試作した。
成で円筒型非水電解液二次電池を試作した。
成で円筒型非水電解液二次電池を試作した。
成で円筒型非水電解液二次電池を試作した。
成で円筒型非水電解液二次電池を試作した。
た。10回めの放電容量、24°c720時間放置に於
ける自己放電率の結果を、充放電試験途中で急激な容量
減少を起こした電池個数と共に第3表に示した。
液二次電池に対し、何れも充電上限電圧を4. I V
に設定して充it流460mAで2時間充電を行い、次
いで18Ωの負荷で終止電圧2.5vまで放電を行うサ
イクルを繰返し10回めの放電容量を測定した。
、電池を24°C温度下で720時間放置し、その後に
上記放電条件にて放電し、放電容量を測定した。この放
電容量を10回めの放電容量と比較して自己放電率を算
出した。
子を体積加重平均粒径のセパレータ厚さに対する比(d
My/ t )が0.8以下の実施例1〜実施例4の
円筒型非水電解液二次電池は、充放電試験開始後の内部
ショートが原因と考えられる不良品の発生率が抑制され
ている。容量、自己放電率性能への影響も比較的小さい
。
により、更に不良率が抑制されることがわかる。
ままに、生産性、信転性に優れた非水電解液二次電池を
提供することができ、その意義は極めて大きい。
負極材料として所定の特性を有する炭素質材料を使用す
るとともに、当該炭素質材料の体積加重平均粒径とセパ
レータの厚さの比率を規定しているので、電池製造時、
特に電極並びにセパレータを積層後渦巻型に巻回し巻回
体を作成する工程において正極・負極端子間の絶縁不良
発生率を大幅に低減することができ、生産性を向上する
ことが可能である。
も抑制することができ、信鯨性を向上することかできる
。
材料を負極としているので、充放電容量
と内部ショート不良発生率の関係を示す特性図であり、
第3図は累積90%粒径のセパレータ厚さに対する比と
内部ショート不良発生率の関係を示す特性図である。 第4図は実際に組み立てた電池の構成を示す概略断面図
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (002)面の面間隔が3.70Å以上、真密度が1.
70g/cm^3未満であり、且つ空気気流中における
示差熱分析で700℃以上に発熱ピークを有しない炭素
質材料よりなる負極と、 負極炭素質材料1g当たり250mAh以上の充放電容
量相当分のリチウムを含んだ正極と、これら負極と正極
との間に介在されるセパレータと、 非水電解液を有してなり、 前記炭素質材料の体積加重平均粒径d_M_Vのセパレ
ータの厚さtに対する比d_M_V/tが0.04以上
、0.8以下とされたことを特徴とする非水電解液二次
電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2048183A JP3024157B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2048183A JP3024157B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03252065A true JPH03252065A (ja) | 1991-11-11 |
JP3024157B2 JP3024157B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=12796273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2048183A Expired - Lifetime JP3024157B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3024157B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008852A1 (en) * | 1993-09-22 | 1995-03-30 | Kanebo Ltd. | Organic electrolyte cell |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2048183A patent/JP3024157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995008852A1 (en) * | 1993-09-22 | 1995-03-30 | Kanebo Ltd. | Organic electrolyte cell |
US5750287A (en) * | 1993-09-22 | 1998-05-12 | Kanebo Ltd. | Organic electrolytic cell |
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---|---|
JP3024157B2 (ja) | 2000-03-21 |
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