JPH0428163A - 非水系二次電池 - Google Patents
非水系二次電池Info
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- JPH0428163A JPH0428163A JP2131668A JP13166890A JPH0428163A JP H0428163 A JPH0428163 A JP H0428163A JP 2131668 A JP2131668 A JP 2131668A JP 13166890 A JP13166890 A JP 13166890A JP H0428163 A JPH0428163 A JP H0428163A
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Electrode Carriers And Collectors (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、リチウム或いはリチウム合金を負極の活物質
とする非水系二次電池に係り、特に正極に用いる集電体
の改良に関するものである。
とする非水系二次電池に係り、特に正極に用いる集電体
の改良に関するものである。
（ロ）従来の技術
この種二次電池の負極が活物質としては、リチウム或い
は各種のリチウム合金が用いられている。また正極の活
物質としては、ＴｉＳ＊、Ｍ。
は各種のリチウム合金が用いられている。また正極の活
物質としては、ＴｉＳ＊、Ｍ。
Ｓｔなどの金属硫化物、Ｍ ｏ Ｏ、、Ｖ、Ｏ，、Ｍ
ｎ Ｏｚ、ＬｊｘＭｎｏ＜等の金属酸化物及びポリアニ
リン、ポリピロール等の導電性高分子材料が研究されて
おり、一部実用化されている。
ｎ Ｏｚ、ＬｊｘＭｎｏ＜等の金属酸化物及びポリアニ
リン、ポリピロール等の導電性高分子材料が研究されて
おり、一部実用化されている。
これらの正極活物質を用いた場合、放電反応時にリチウ
ムイオンが同相中に侵入する反応（ドーピング）が生じ
、このため結晶格子が膨張し、正極力ふくれるという現
象が生じる。従って放電、充電を繰り返すと、徐々に正
極が全体として膨張し、導電剤との密着性が悪くなり、
電池の放電容量が減少するという問題があった。そして
、この電池の正極に集電体を使用する場合、従来、ステ
ンレスのパンチング板や、ラス板等が用いられていたが
、これらの集電体では、正極が膨張すると正極の活物質
を保持することができないため、充放電の繰り返しによ
り、正極の剥離、脱落が生じてしまい、電池特性が劣化
してしまう。
ムイオンが同相中に侵入する反応（ドーピング）が生じ
、このため結晶格子が膨張し、正極力ふくれるという現
象が生じる。従って放電、充電を繰り返すと、徐々に正
極が全体として膨張し、導電剤との密着性が悪くなり、
電池の放電容量が減少するという問題があった。そして
、この電池の正極に集電体を使用する場合、従来、ステ
ンレスのパンチング板や、ラス板等が用いられていたが
、これらの集電体では、正極が膨張すると正極の活物質
を保持することができないため、充放電の繰り返しによ
り、正極の剥離、脱落が生じてしまい、電池特性が劣化
してしまう。
（ハ）発明が解決しようとする課題
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって、正
極の集電体を改良することにより、正極からの活物質の
脱落、剥離を抑え、この種二次電池の充放電サイクル特
性の向上を計るものである。
極の集電体を改良することにより、正極からの活物質の
脱落、剥離を抑え、この種二次電池の充放電サイクル特
性の向上を計るものである。
（ニ）課題を解決するための手段
本発明は、リチウム或いはリチウム合金を活物質とする
負極と、放電反応或いは充電反応によりノチウムイオン
がドーピング或いは脱ドーピングされる無機もしくは有
機化合物を活物質とする正極とを使用する非水系二次電
池であって、前記正極が集電体を備えており、前記集電
体が金属の発泡体から構成されることを特徴とするもの
である。
負極と、放電反応或いは充電反応によりノチウムイオン
がドーピング或いは脱ドーピングされる無機もしくは有
機化合物を活物質とする正極とを使用する非水系二次電
池であって、前記正極が集電体を備えており、前記集電
体が金属の発泡体から構成されることを特徴とするもの
である。
ここで、前記発泡体としては、ステンレス、チタン、ク
ロム、アルミニウム、タンタルから選択された少なくと
も１種の金属を使用するのが望ましく、その面方向の平
均孔径が２社以下とするのが好ましい。
ロム、アルミニウム、タンタルから選択された少なくと
も１種の金属を使用するのが望ましく、その面方向の平
均孔径が２社以下とするのが好ましい。
（ホ）作 用
ニッケルーカドミウム電池等の水溶液系の電池では、焼
結式ニッケル板を高容量化する目的で、正極の集電体と
して発泡ニッケルが用いられている。この高容量化に関
しては、非水系二次電池で集電体として用いられている
パンチング板、ラス板に比べて、大きな違いはない。し
かし、非水系二次電池において、リチウムイオンが同相
中に侵入するような正極活物質を使用し、正極の集電体
として金属の発泡体を用い、活物質を充填することによ
り、充放電を繰り返しても正極活物質が発泡体の三次元
構造に保持されているため、導電剤との密着性も高く維
持され、放電容量の減少が生じにくい。
結式ニッケル板を高容量化する目的で、正極の集電体と
して発泡ニッケルが用いられている。この高容量化に関
しては、非水系二次電池で集電体として用いられている
パンチング板、ラス板に比べて、大きな違いはない。し
かし、非水系二次電池において、リチウムイオンが同相
中に侵入するような正極活物質を使用し、正極の集電体
として金属の発泡体を用い、活物質を充填することによ
り、充放電を繰り返しても正極活物質が発泡体の三次元
構造に保持されているため、導電剤との密着性も高く維
持され、放電容量の減少が生じにくい。
この非水系二次電池では、充電時に正極の電位が非常に
責になるため、発泡体を形成する金属としては、溶解す
る電位が責であるものが望ましい。各種金属について非
水溶媒中で溶解する電位を測定したところ、ステンレス
、チタン、クロムは溶解する電位が他の金属に比べて責
側にあり、アルミニウム、タンタルは非水溶媒中ではほ
とんど溶解しない。このため充電時において、正極の電
位がリチウムに対して４Ｍ程度にまで上がっても、ステ
ンレス、チタン、クロム、アルミニウム、タンタル等の
金属はほとんど溶解せず、集電体としての強度が低下し
たり、充放電反応に悪影響を及ぼすことがなく、特に有
効である。
責になるため、発泡体を形成する金属としては、溶解す
る電位が責であるものが望ましい。各種金属について非
水溶媒中で溶解する電位を測定したところ、ステンレス
、チタン、クロムは溶解する電位が他の金属に比べて責
側にあり、アルミニウム、タンタルは非水溶媒中ではほ
とんど溶解しない。このため充電時において、正極の電
位がリチウムに対して４Ｍ程度にまで上がっても、ステ
ンレス、チタン、クロム、アルミニウム、タンタル等の
金属はほとんど溶解せず、集電体としての強度が低下し
たり、充放電反応に悪影響を及ぼすことがなく、特に有
効である。
また、発泡体の孔径も充放電特性に大きく影響する。即
ち、面方向の平均孔径が２■よりも大きくなると、リチ
ウムイオンの侵入に対する、正極の形状変化を許容する
効果が小さくなってしまう。よって、平均孔径は２二以
下とするのが望ましい。
ち、面方向の平均孔径が２■よりも大きくなると、リチ
ウムイオンの侵入に対する、正極の形状変化を許容する
効果が小さくなってしまう。よって、平均孔径は２二以
下とするのが望ましい。
（へ）実施例
以下、本発明の実施例について詳述する。
［実施例１コ
平均粒径３０μｍ以下の化学二酸化マンガン５０ｇとＬ
ｉＯＨ１４ｇを乳鉢にて混合した後、空気中において３
７５℃で２０時間熱処理をする。この熱処理によって、
Ｌ ｌ ２Ｍ ｎ Ｏｓを含有するＭｎ０１が得られる
。このようにして得られた正極の活物質粉末と、導電剤
としてアセチレンブラック及び結着剤としてのフッ素樹
脂ディスバージョンを、それぞれ重量比９０：６：４の
比率で混合して、正極合剤とした。そして集電体として
、ステンレスの発泡体（平均孔径５００μｍ）を用い、
これに正極合剤を圧延して充填し、正極とした。負極に
は、帯状のリチウム金属を用い、ポリプロピレン製のセ
パレータを介して正極と共に渦巻状に巻き取り、円筒形
の電池を組み立てている。電解液としては、ＩＭＬ ｉ
ＣＩＯ，−ＰＣ＋ＤＭＥを用いている。
ｉＯＨ１４ｇを乳鉢にて混合した後、空気中において３
７５℃で２０時間熱処理をする。この熱処理によって、
Ｌ ｌ ２Ｍ ｎ Ｏｓを含有するＭｎ０１が得られる
。このようにして得られた正極の活物質粉末と、導電剤
としてアセチレンブラック及び結着剤としてのフッ素樹
脂ディスバージョンを、それぞれ重量比９０：６：４の
比率で混合して、正極合剤とした。そして集電体として
、ステンレスの発泡体（平均孔径５００μｍ）を用い、
これに正極合剤を圧延して充填し、正極とした。負極に
は、帯状のリチウム金属を用い、ポリプロピレン製のセ
パレータを介して正極と共に渦巻状に巻き取り、円筒形
の電池を組み立てている。電解液としては、ＩＭＬ ｉ
ＣＩＯ，−ＰＣ＋ＤＭＥを用いている。
第１図は、円筒形電池の断面図を示し、１が本発明の要
旨とする正極であり、正極合剤を集電体であるステンレ
スの発泡体に圧延、充填したものである。２は負極のリ
チウムであり、ポリプロピレン製のセパレータ３により
、正極１と隔離されている。４．５は、それぞれステン
レス製の負極缶と正極キャップで、絶縁バッキング６に
より隔離されている。７．８は、それぞれ負極及び正極
のリードである。この電池寸法は、直径１４．２闘、高
さ５ Ｑ、Ｑｍｍであり、この電池を本発明電池Ａ１と
した。
旨とする正極であり、正極合剤を集電体であるステンレ
スの発泡体に圧延、充填したものである。２は負極のリ
チウムであり、ポリプロピレン製のセパレータ３により
、正極１と隔離されている。４．５は、それぞれステン
レス製の負極缶と正極キャップで、絶縁バッキング６に
より隔離されている。７．８は、それぞれ負極及び正極
のリードである。この電池寸法は、直径１４．２闘、高
さ５ Ｑ、Ｑｍｍであり、この電池を本発明電池Ａ１と
した。
［実施例２コ
正極の集電体としてチタンの発泡体（平均孔径５００μ
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ２を作製した。
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ２を作製した。
［実施・例３コ
正極集電体としてクロムの発泡体（平均孔径５００μｍ
）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の、
本発明電池Ａ３を作製した。
）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の、
本発明電池Ａ３を作製した。
［実施例４］
正極集電体としてアルミニウムの発泡体（平均孔径５０
０ ＩＩｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１
と同様の、本発明電池Ａ４を作製した。
０ ＩＩｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１
と同様の、本発明電池Ａ４を作製した。
［実施例５］
正極集電体としてタンタルの発泡体（平均孔径５００μ
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ５を作製した。
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ５を作製した。
［実施例６］
正極集電体としてニッケルの発泡体（平均孔径５００μ
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ６を作製した。
ｍ）を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の
、本発明電池Ａ６を作製した。
［比較例１］
比較例１として、正極集電体としてステンレスのパンチ
ング板を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様
の、比較電池Ｂ１を作製した。
ング板を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様
の、比較電池Ｂ１を作製した。
［比較例２コ
比較例２として、正極集電体としてステンレスのラス板
を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の、比
較電池Ｂ２を作製した。
を用いることを除いて他は、前記実施例１と同様の、比
較電池Ｂ２を作製した。
これらの電池Ａ１〜Ａ６及びＢ１、Ｂ２を用い、電池の
充放電サイクル特性を調べた。この結果を、第２図に示
す。この時の充放電条件は、各電池を２０ｍＡで２．Ｏ
Ｖまで放電し、２０ｍＡで３゜５Ｖまで充電を行うとい
うものである。
充放電サイクル特性を調べた。この結果を、第２図に示
す。この時の充放電条件は、各電池を２０ｍＡで２．Ｏ
Ｖまで放電し、２０ｍＡで３゜５Ｖまで充電を行うとい
うものである。
第２図より、本発明電池Ａ１〜Ａ６は、比較電池Ｂ１、
Ｂ２に比べて、充放電サイクルに伴う容量劣化が少ない
ことがわかる。
Ｂ２に比べて、充放電サイクルに伴う容量劣化が少ない
ことがわかる。
またステンレス、チタン、クロム、アルミニウム、タン
タルがニッケルよりも充放電サイクル特性がすぐれてい
るのは、溶解する電位が責であることによると考えられ
る。
タルがニッケルよりも充放電サイクル特性がすぐれてい
るのは、溶解する電位が責であることによると考えられ
る。
次に、正極の集電体としてステンレスの発泡体を用いた
場合、電池の放電容量と、面方向の平均孔径との関係を
調べた。この結果を、第３図に示す。この結果より、平
均孔径が２Ｍ以上となると、正極において活物質の保持
能力が不足するために、電池の容量減少が大きくなって
いることがわかる。
場合、電池の放電容量と、面方向の平均孔径との関係を
調べた。この結果を、第３図に示す。この結果より、平
均孔径が２Ｍ以上となると、正極において活物質の保持
能力が不足するために、電池の容量減少が大きくなって
いることがわかる。
（ト）発明の効果
本発明によれば、正極の集電体として金属からなる発泡
体を用いているので、非水系二次電池の充放電サイクル
特性を向上させることができ、その工業的価値は極めて
大きい。
体を用いているので、非水系二次電池の充放電サイクル
特性を向上させることができ、その工業的価値は極めて
大きい。
第１図は本発明電池の縦断面図、第２図は電池の充放電
サイクル特性比較図、第３図は発泡体の面方向の平均孔
径と電池の放電容量との関係を示す図である。 １・・・正極、２・・・負極、３・・・セパレータ、４
・・・負極缶、５・・・正極キャップ、６・・・絶縁バ
ッキング、７・・・負極リード、８・・・正極リード、
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６・・・本発明電池
、 Ｂ１、Ｂ２・・・比較電池。
サイクル特性比較図、第３図は発泡体の面方向の平均孔
径と電池の放電容量との関係を示す図である。 １・・・正極、２・・・負極、３・・・セパレータ、４
・・・負極缶、５・・・正極キャップ、６・・・絶縁バ
ッキング、７・・・負極リード、８・・・正極リード、
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６・・・本発明電池
、 Ｂ１、Ｂ２・・・比較電池。
Claims (3)
- （１）リチウム或いはリチウム合金を活物質とする負極
と、放電反応或いは充電反応によりリチウムイオンがド
ーピング或いは脱ドーピングされる無機もしくは有機化
合物を活物質とする正極とを使用する電池において、 前記正極が集電体を備えており、前記集電体が金属の発
泡体から構成されることを特徴とする非水系二次電池。 - （２）前記発泡体が、ステンレス、チタン、クロム、ア
ルミニウム、タンタルから選択された少なくとも１種の
金属からなることを特徴とする請求項１記載の非水系二
次電池。 - （３）前記発泡体の面方向の平均孔径が、２ｍｍ以下で
あることを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131668A JPH0428163A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 非水系二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131668A JPH0428163A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 非水系二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0428163A true JPH0428163A (ja) | 1992-01-30 |
Family
ID=15063436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2131668A Pending JPH0428163A (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 非水系二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0428163A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0717120A2 (en) | 1994-12-15 | 1996-06-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal body, process for producing the same and battery plate formed therefrom |
| JP2008226765A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非水電解質二次電池用正極 |
| JPWO2012111659A1 (ja) * | 2011-02-18 | 2014-07-07 | 住友電気工業株式会社 | 集電体用三次元網状アルミニウム多孔体、該アルミニウム多孔体を用いた電極、非水電解質電池、キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2131668A patent/JPH0428163A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0717120A2 (en) | 1994-12-15 | 1996-06-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal body, process for producing the same and battery plate formed therefrom |
| US5597665A (en) * | 1994-12-15 | 1997-01-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous metal body, process for producing the same and battery plate formed therefrom |
| JP2008226765A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非水電解質二次電池用正極 |
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