JPH0434855A - 渦巻式非水電解液電池 - 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〕 本発明は、渦巻式非水電解液電池の放電特性の改善に関
する。

〔発明の概要〕

本発明は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に
巻いた電極構造をもち、正極と負極のうちの少なくとも
一方は金属箔の集電体の両面側に活性剤と導電材を含む
電極合剤層を同じ厚さで配設した積層電極である渦巻式
非水電解液電池において、積層電極が渦巻状に巻かれた
状態の集電体の外面側の電極合剤層中の導電材の配合比
を内面側に比べて所定の割合で大きくすることにより、
電池の重負荷放電特性を改善した渦巻式非水電解液電池
である。

〔従来の技術〕

近年のビデオカメラやヘッドホンステレオ等の電子機器
の高性能化、小型化には目覚ましいものがあり、これら
の電子機器の電源となる電池の重負荷特性の改善や高容
量化への要求も強まってきている。こうした電池として
は、鉛電池やニッケルカドニウム電池が従来から用いら
れている。さらに、最近はリチウム金属やリチウム合金
もしくはコークスや有機物焼成体等の炭素材のような、
リチウムイオンをドープ、脱ドープできる活物質を負極
材料として用いた非水電解液電池の開発も活発に行われ
ている。そして、多くの場合、正極及び／または負極に
集電体に活物質を主とする電極合剤層を重ねた積層電極
が用いられる。

こうした電池の重負荷特性の改良には、一般に電極合剤
層中に導電材を添加する手法がとられている。導電材と
しては、グラファイトのような炭素材料やニッケル粉の
ような金属が用いられている。

また、さらに渦巻状の電極構造が重負荷特性改良の有効
な手段となっている。渦巻式の電極構造とは帯状の正極
と負極をセパレータを介して渦巻式に巻いたもので、こ
うすることにより電極面積が大きくとれ、大電流を流し
ても単位面積当たりの電流は小さくなり、重負荷の型成
型に耐えられるのである。この構造では特に電極の厚さ
を薄くすればするほど、電極面積は大きくとれ、より重
負荷特性は良好になるわけである。

しかし、前記のような導電材の添加や渦巻状の電極構造
等の重負荷特性改良の手段をとると、電池の活物質量は
減少するため、軽負荷放電時の放電容量は逆に減少して
しまうことになる。

以上のことから、重負荷特性の改良のために、従来、渦
巻状の電極構造とするとともに、電極として結着剤とと
もに、導電材を適当な割合で、活物質に添加配合した電
極合材を集電体の両面側に層状に同じ厚さで配設した積
層電極が用いられる。

その場合、各面側に配設する電極合剤に含まれる導電材
の配合の割合は同じであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記のような従来の渦巻式電池は重負荷
放電特性においてまだ充分ではな（、さらにその改善が
望まれていた。

本発明の課題は、軽負荷時の放電容量をあまり損なわず
、重負荷放電時の放電容量を増大した渦巻式非水電解液
電池を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に
巻いた電極構造をもち、正極と負極のうち少な（とも一
方は金属箔の集電体の両面側に活性剤と導電材を含む電
極合剤層を同じ厚さで配設した積層電極であって、この
積層電極が渦巻状に巻かれた状態の集電体の外面側に配
設される電極合剤層中に含まれる導電材の配合比をＸａ
重量％とし、一方策電体の内面側に配設される電極合剤
層中に含まれる導電材の配合比をＸａ重量％ζしたとき
、Ｘ　−／　Ｘ　ｂが１．１７ないし１．８３となるよ
うにして軽負荷時の放電容量をあまり損なわずに、重負
荷時の放電容量を太き（得られる渦巻式非水電解液電池
である。

なお、電極合剤に添加される導電材としては、比重が小
さく、安定で低価格であるグラファイト粉が特に望まし
い。

本発明に係わる負極活物質としては、リチウム、リチウ
ム合金、ポリアセチレンのような導電性ポリマー、コー
クスのような炭素材などを用いることができる。一方、
正極活物質としては、二酸化マンガン、五酸化バナジウ
ムのような遷移金属化合物や、硫化鉄等の遷移金属カル
コゲン化合物、さらにはこれらとリチウムとの複合化合
物を用いることができる。

また、電解液としては、例えばリチウム塩を電解質とし
、これを有機溶剤（非水溶媒）に溶解した非水電解液が
使用される。

ここで、有機溶剤としては、特に限定されるものではな
いが、例えば、プロ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、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
、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、プロピオニトリル等の単独もし
くは２種以上の混合溶剤が使用できる。電解質も従来よ
り公知のものがいずれも使用可能であり、ＬｉＣｌＯ４
、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦｂ　、ＬｉＢＦａ　、ＬｉＢ
（ＣＪｓ）ｎ、Ｌ　ｉＣｌ　％　Ｌ　ｘ　Ｂｒ　％　Ｃ
Ｉ　、Ｓｏ　３Ｌ　１％ＣＦ３５Ｏ１Ｌｉ等がある。

〔作用〕

金属箔の集電体の両面側に、同一の配合比で導電材を添
加した電極合剤層を同じ厚さで配設した従来の積層電極
は、渦巻状に巻かれると集電体の外面側の電極合剤層は
引き伸ばされ、一方、内面側の電極合剤層は圧縮される
ために、外面側の電極合剤層の電気伝導度は減少し、一
方向面側の電極合剤層の電気伝導度は増加すると考えら
れる。

この電気伝導度の差は、特に重負荷放電において、外面
側と内面側の電極合剤層の間に負担の差を生じさせる。

従って、この差を補正するように、予め集電体の外面側
になる電極合剤層中の導電材の配合比を内面側になる電
極合剤層中の導電材の配合比に比べて適当な割合だけ大
きくすることにより、重負荷放電における外面側と内面
側の電極合剤層の間の負担の差が低減されることになり
、重負荷放電特性が向上する。

〔実施例〕

第１図は本発明に係わる渦巻式非水電解液電池の構造を
示す模式的断面図である。

実施例及び比較例として、直径１４ａ＋ｍ、高さ５０Ｉ
ＩＩＩ１１の円筒型の渦巻式非水電解液二次電池を作製
した。

以下、実施例及び比較例を第１図に従って説明する。

実施例 負極１は次のようにして作製した。

粉砕したピッチコークスを負極活物質担持体とし、これ
を９０重量部、結着剤としてポリフッ化ビリニデン（Ｐ
ＶＤＦ）１０重量部を混合し、負極合剤を作製した。そ
してこれらの負極合剤を溶剤Ｎメチルピロリドンに分散
させてスラリー（ペースト状）にした。

負極集電体８として、厚さ１０μｍの帯状の銅箔を用い
、二〇銅箔の両面側に負極合剤スラリーを塗布し乾燥し
圧縮成型して積層した帯状負極１を作った。この時の負
極合剤層の厚さは両面側いずれも８０μｍで同一とし、
幅は４１．５ｍｍ、長さ２７０ｍｍである。

正極２は次のようにして作製した。

炭酸リチウム１モルと炭酸コバルト１モルを混合し、９
００℃の空気中で５時間焼成してＬ　ｉ　Ｃｏｏ　ｚを
得た。正極活物質としてのＬｉＣｏ０□と導電材として
のグラファイト、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）を第１表に示す配合比で混合し、正極合剤
とした。

ここで、正極集電体の外面側になる正極合剤層中のグラ
ファイトの配合比をＸｌで、また内面側になる正極合剤
層中のグラファイトの配合比をＸおで示し、さらに各電
池のＸａ／Ｘｂの値を第１表の中に示す。

そして、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（ペースト状）にした。

正極集電体９としての厚さ２０μｍの帯状のアルミニウ
ム箔を用い、この外面側と内面側に第１表に基づいて導
電材の配合比が異なるスラリー状の正極合剤を塗布して
、乾燥し、その後ローラープレス機により圧縮成型して
積層した帯状の正極２を作った。この時、外面側と内面
側の正極合剤層の厚さは同一で８０ｐｍ、また幅は４０
．５ｍｍ、長さは２３０ｍｍである。

そして、帯状の負極１、帯状の正極及び厚さ２５μｍの
微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ３を
負極１、セパレータ３、正極２、セパレータ３の順序で
積層してから、この積層体を渦巻型に多数巻回すること
によって、巻回体を作製した。

上述のようにして作った巻回体をニッケルめっきを施し
た鉄製電池缶５に収納した。そして正極２の集電を行う
ためにアルミニウム製の正極リードを正極２に取り付け
、これを正極２から導出して電池蓋７に溶接した。また
、負極１の集電を行うために、ニッケル製の負極リード
を負極１に取り付け、これを負極１から導出して、電池
缶５に溶接した。この電池缶５の中に、六フッ化リン酸
リチウムを１モル／１溶解した炭酸プロピレンと、１．
２−ジメトキシエタンとを混合して得た電解液を注入し
た。

次に、巻回体の上下面に対向するように、電池缶５内に
絶縁板４を配設した。そして、この電池缶５と電池蓋７
を絶縁封口ガスケット６を介してかしめて、電池蓋７を
封口した。こうして直径１４ｍｍ、高さ５０、の円筒型
の渦巻式非水電解液二次電池Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆを
作製した。

比較例 従来のように、Ｘ−／Ｘｂ＝１として単に正極合剤層中
のグラファイトの配合比を第２表に示すように変えた以
外は、実施例と同様にして円筒型の渦巻式非水電解液二
次電池Ｇ、Ｈ，Ｌ　Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍを作製した。

前記の実施例及び比較例として作製した１３種類の電池
について、それぞれ４６０ｄの電流で上限電圧４．１ｖ
として２時間充電し、続いて１８Ωの重負荷で、放電終
止電圧２．７５Ｖまで放電させる重負荷放電サイクル試
験、及び４６０ｍＡの電流で上限電圧４、ＩＶとして２
時間充電し、続いて９０Ω軽負荷で、放電終止電圧２．
７５Ｖまで放電させる軽負荷放電サイクルを行った。第
３表に容量の安定した１０回目の放電容量を示す。

第３表 前記の実施例及び比較例において、電池の内部抵抗を無
視できるような軽負荷放電における放電容量は、本来正
極合剤層中の正極活物質であるＬｉＣｏＯ２の量で決ま
るものと考えられる。従って、第３表の結果を判り易く
みるために、正極の正極合剤層中のＬｉＣｏ０□の配合
比（重量％）に対する９０Ω放電及び１８Ω放電におけ
る放電容量を各電池についてプロットして示したのが第
２図である。但し、電池Ａ−Ｆについては、ＬｉＣｏＯ
２の配合比として近（以的に、正極集電体の外面側の正
極合剤層中のＬｉＣｏ０□の配合比と内面側の正極合剤
層中のＬｉＣｏＯ２の配合比の平均値を用いた。

このようにしてプロットした第２図から示されるように
、正極集電体の外面側の正極合剤層中のグラファイトの
配合比を内面側に比べて大きくした（Ｘ、／Ｘｂ　＞　
１）電池Ａ−Ｅは、Ｘ　−／　Ｘ　ｂの大き過ぎる電池
Ｆ　（Ｘ、　／Ｘｂ　＝２．０）を除いて正極合剤層中
のグラファイトの配合比を従来のように集電体の内外面
とも同じにした（ｘ、／ｘｂ＝１）電池Ｇ−Ｍに比べて
、同じ正極合剤層中のＬｉＣｏ０ｚの配合比に対して、
９０Ω放電及び１８Ω放電のいずれにおいても、放電容
量が大きく、特に重負荷の１８Ω放電では著しく大きく
得られる。

〔発明の効果〕

本発明により、金属箔を集電体とした円筒型電池におい
て、軽負荷時の放電容量をあまり損なわず、重負荷放電
時の放電容量を増大できるようになった。この結果、広
範囲な用途で使用できる電池を提供できるようになり、
その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる渦巻式非水電解液電池の構造を
示した模式的断面図で、第２図は実施例及び比較例の各
電池の放電容量の測定結果を示した図である。 第１図の中で、 １−−−−−−−−−−・負極 ２・−−−−・−・−・正極 ３−・−・−・−セパレータ ８−・−−−一一一一負極集電体 ９　　　正極集電体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に巻いた
   電極構造を有し、前記の正極と負極のうちの少なくとも
   一方は、金属箔の集電体の両面側に活性剤と導電材を含
   む電極合剤層を同じ厚さで配設した積層電極であって、
   この積層電極が渦巻状に巻かれた状態の集電体の外面側
   に配設される電極合剤層中に含まれる導電材の配合比を
   Ｘ＿ａ重量％とし、前記集電体の内面側に配設される電
   極合剤層中に含まれる導電材の配合比をＸ＿ｂ重量％と
   したとき、Ｘ＿ａ／Ｘ＿ｂが１．１７ないし１．８３と
   なるようにしたことを特徴とする渦巻式非水電解液電池
   。 ２、導電材がグラファイト粉である特許請求の範囲第１
   項記載の渦巻式非水電解液電池。