JPH05109435A - 円筒型非水電解液二次電池 - Google Patents

円筒型非水電解液二次電池

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JPH05109435A
JPH05109435A JP3149353A JP14935391A JPH05109435A JP H05109435 A JPH05109435 A JP H05109435A JP 3149353 A JP3149353 A JP 3149353A JP 14935391 A JP14935391 A JP 14935391A JP H05109435 A JPH05109435 A JP H05109435A
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JP
Japan
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separator
negative electrode
electrode
positive electrode
width
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JP3149353A
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English (en)
Inventor
Isamu Yoshimatsu
勇 吉松
Masashi Shibata
昌司 柴田
Masahiro Ichimura
雅弘 市村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • 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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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負極周囲のデンドライト析出、成長に起因す
る内部短絡が発生しないような優れた円筒型非水電解液
二次電池を提供する。 【構成】 金属リチウムを活物質とする負極3と、正極
1とがセパレータ2を間に介在して、渦巻状に卷回され
た極板群と非水電解液とが容器C内に封入された非水電
解液二次電池であって、上記セパレータ2の幅を正極1
や負極3の幅よりも大きくし、セパレータ2の幅が広く
なったために正極1や負極3に対向しえなくなったセパ
レータ2の周辺部分に電解液に不溶性で、かつ電気絶縁
性の物質4を少なくとも正極1または負極3のうちで電
極厚みの厚い方の厚みの2分の1以上の厚みに塗布した
ことを特徴とする。 【効果】 負極周囲のデンドライト析出、成長に起因す
る内部短絡が発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、負極活物質に金属リチ
ウムを用いる円筒型非水電解液二次電池に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】金属リチウムを負極活物質とし、電解液
に非水電解液を用いる電池においては、電極面積を広げ
て大電流放電時の電池特性を良好にするために、正極板
と負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回して、電池
が構成される。さらに電池容量を増加させ、かつ極間の
距離を短くして、放電反応を向上させるために極めて薄
いセパレータ(厚さ20μm〜50μm)が用いられ
る。
【発明が解決しようとする問題点】ところが、上記負極
活物質に金属リチウムを用いる非水電解液二次電池に
は、未だ多くの問題点が残されている。その一つに負極
板の劣化による短い充放電サイクル寿命がある。これ
は、負極活物質のリチウムが、充電時負極上にデンドラ
イト状に析出し、セパレータを貫通したり、あるいはセ
パレータの端を乗り越えて正極と接触し、内部短絡を起
こしてしまうものである。特に電極板の周辺部分では、
電流集中が起こりやすく、これによって引き起こされる
電流密度の増加で、デンドライトが発生しやすい。
【0003】電極板の周辺部分に生じるデンドライト
が、セパレータを乗り越えないように特開平1−128
371号では、負極板の幅を正極板の幅よりも大きくす
ることを開示している。特に片側0.5〜2.0mm大
きくすることが好ましいとされている。
【0004】しかしながらセパレータを介して正極と負
極を重ね、常に正極の中心と負極の中心が一致し、巻ず
れを起こさないように巻回していくのは、現実的には非
常に難しいことである。それゆえ今度は、作業効率を高
めるために負極の幅を正極よりも大幅に大きくするなら
ば、次のような問題が新たに発生する。その問題とは、
正極に対向できないために、充放電に用いられなくなる
負極端部の無駄な部分が増えてしまうことである。
【0005】
【問題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明による円筒型非水電解液二次電池は、金属リ
チウムを活物質とする負極と、正極とがセパレータを間
に介在して、渦巻状に卷回された極板群と非水電解液と
が容器内に封入された非水電解液二次電池において、上
記セパレータの幅を正極や負極の幅よりも大きくし、セ
パレータの幅が広くなったために正極や負極に対向しえ
なくなったセパレータの周辺部分に電解液に不溶性で、
かつ電気絶縁性の物質を少なくとも正極または負極のう
ちで電極厚みの厚い方の厚みの2分の1以上の厚みに塗
布したことによって、負極板の周囲に発生するデンドラ
イトがセパレータの端を乗り越えて正極に接触すること
を防止できる。
【0006】図1は、本発明による非水電解液リチウム
二次電池の構成例の概略断面図であり、図2は渦巻状電
極群の一部分の詳細断面図であるが、これらの図より明
らかなように、本発明による円筒型非水電解液二次電池
は、正極1とリチウムを活物質とする負極3がセパレー
タ2を介して渦巻状に捲回された極板群が容器C内に収
納された構造になっている。
【0007】そして前記セパレータ2の幅を正極1や負
極3の幅よりも大きくし、セパレータ2の幅が広くなっ
たために正極1や負極3に対向しえなくなったセパレー
タ2の周辺部分に電解液に不溶性で、かつ電気絶縁性の
物質4を少なくとも正極1または負極3のうちで電極厚
みの厚い方の厚みの2分の1以上の厚みに塗布してい
る。このため、負極板3がセパレータを介して厚み方向
の上下から正極板1で挟み込まれたとき、負極板3のエ
ッジ付近は電解液に不溶性で、かつ電気絶縁性の物質4
でくるみ込まれたかたちとなり、万が一デンドライトが
発生したとしてもデンドライトがこの物質を突き破って
正極1に触れることはまず不可能である。
【0008】また、卷回のために正極1と負極3をセパ
レータ2を介して重ね合わせるとき、セパレータ2の端
部に塗布された電解液不溶性かつ電気絶縁性の物質4
が、重ね合わせのためのガイドの役割を兼ね、位置合わ
せが容易になり巻きずれも起こりにくくなるといった利
点も生じてくる。
【0009】電解液不溶性かつ電気絶縁性の物質をセパ
レータに塗布するために、セパレータの幅を正極や負極
よりも広くするに当たっては、少なくともセパレータの
片側について、正極または負極のどちらか一方の厚い方
の電極の厚みほど広くすることで十分である。セパレー
タと電極の幅の違いが小さいときには、電解液に不溶性
で、かつ電気絶縁性の物質をセパレータの周辺部分で電
極に対向しえない部分に盛り上げていくように塗布すれ
ばよい。作業性の観点から考えるならば、電極の片側に
おけるセパレータと電極の幅の違いを正極または負極の
どちらか一方の厚い方の電極の厚み程度以上確保するこ
とが望ましい。しかしながらセパレータの幅を電極板よ
りもいたずらに広くすることは、限られた容積の容器内
にセパレータだけの部分、つまり電池の電極としては作
用しない面積を広げることになるので望ましいことでは
ない。
【0010】ここで電解液に不溶性で、かつ電気絶縁性
の物質には、多くの物質を利用することができる。例え
ば、エチレンプロピレンターポリマー(EPDM)のよ
うな有機高分子であってもよい。揮発性の有機溶媒に溶
解させて、セパレータの周囲で電極に対向しえない部分
に塗布した後、乾燥させるだけでよい。乾燥後の厚み
が、正極または負極のどちらか一方の厚い方の電極の厚
みの2分の1に満たないときには塗布、乾燥を繰り返し
てEPDMを盛り上げていくようにすればよい。あるい
は、塗布、乾燥の繰り返し数を減らしたいときには、E
PDMの有機溶媒への溶解量を増せばよい。また、正極
または負極のどちらか一方の厚い方の電極の厚みの2分
の1程度の厚みを有するセロハンテープのような粘着性
の樹脂テープを正極の周囲で負極に対向しえない部分に
はり付けてもよい。特に材料や方法には限定されない。
【0011】
【作用】金属リチウムを活物質とする負極と、正極とが
セパレータを間に介在して、渦巻状に卷回された極板群
と非水電解液とが容器内に封入された非水電解液二次電
池であって、上記セパレータの幅を正極や負極の幅より
も大きくし、セパレータの幅が広くなったために正極や
負極に対向しえなくなったセパレータの周辺部分に電解
液に不溶性で、かつ電気絶縁性の物質を少なくとも正極
または負極のうちで電極厚みの厚い方の厚みの2分の1
以上の厚みに塗布したことによって、負極板周辺部分に
発生したデンドライトがセパレータの端を回り込んで正
極に接触することが防止される。つまり、デンドライト
の発生、析出成長に基づく負極と正極の電池内部での短
絡が防止できる。
【0012】また、卷回のために正極と負極をセパレー
タを介して重ね合わせるとき、セパレータの端部に塗布
された電解液不溶性かつ電気絶縁性の物質が、重ね合わ
せのためのガイドの役割を兼ね、位置合わせが容易にな
り巻ずれも起こりにくくなるといった利点も生じてく
る。従って少ない不良品の発生率で作製することがで
き、その工業的価値は極めて大である。
【0013】
【実施例】次に、本発明を好適な実施例を用いて詳細に
説明する。
【0014】下記の試験においては、以下に示すような
構成の円筒型のリチウム二次電池を作製し、試験に用い
た。
【0015】正極:アモルファス化した五酸化バナジウ
ム粉末+エチレンプロピレンターポリマー(EPDM)
2.5wt%のシクロヘキサン溶液+アセチレンブラッ
ク(重量比90:3:7)混合物を幅38mmの金属集
電体(ステンレス製)の上に塗布して乾燥したもの。
【0016】負極:金属リチウム(幅36mm、厚さ
0.15mm)。
【0017】電解液:1.5M濃度の六フッ化ひ酸リチ
ウム(LiAsF6)のエチレンカーボネート(EC)
/2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)(体積
比1/1)溶液。
【0018】セパレータ:幅44mmで厚み25μmの
ポリプロピレン製多孔性膜。
【0019】雰囲気:アルゴン。
【0020】できあがった電池は、放電電流3mA/c
2、充電電流0.5mA/cm2の定電流とし、1.8
〜3.3Vの電圧範囲内で充放電サイクルを繰り返し
た。
【0021】
【実施例1】電池を組み立てる前に、セパレータの周囲
にセパレータを縁どる形に幅2mmでエチレンプロピレ
ンターポリマー(EPDM)20wt%のシクロヘキサ
ン溶液を両面塗布して乾燥させた。乾燥後のEPDMの
厚みは片面で概ね80μm程度であった。この後、セパ
レータを介して電池Aを30本作製した。
【0022】
【比較例1】セパレータの周囲にEPDMのシクロヘキ
サン溶液を塗布しない以外は、実施例1と同様な電池B
を30本作製した。
【0023】これらの電池AとBについて、充放電を8
0回繰り返すうちに電池内部短絡が発生した件数を表1
に合わせて示した。
【0024】
【表1】
【0025】この表より明らかなように、本発明を実施
することによって電池の内部短絡が全く発生していない
ことが判明した。
【0026】内部短絡が発生しなかった電池Aのうちの
1本と内部短絡を起こした電池Bのうちの1本を分解
し、電子顕微鏡でそれぞれの電池の負極表面を観察し
た。電池Aの負極周囲に発生して、負極周囲からはみで
て成長しようとしたデンドライトは、セパレータに塗布
されたエチレンプロピレンターポリマーの縁どりによっ
て負極中心方向に押し戻されたようであり、セパレータ
を乗り越えるあるいは貫通するような様子は、全く見ら
れなかった。それに対して、電池Bの負極周囲に発生し
たデンドライトの一部が、セパレータの外に脱落してい
るのを確認できた。
【0027】
【発明の効果】以上の結果から明らかなように、金属リ
チウムを活物質とする負極と、正極とがセパレータを間
に介在して渦巻上に巻回された極板群と非水電解液とが
容器内に封入された非水電解液二次電池であって、上記
セパレータの幅を正極や負極の幅よりも大きくし、セパ
レータの幅が広くなったために正極や負極に対向しえな
くなったセパレータの周辺部分に電解液に不溶性で、か
つ電気絶縁性の物質を少なくとも正極または負極のうち
で電極厚みの厚い方の厚みの2分の1以上の厚みに塗布
したことによって負極周囲のデンドライト析出、成長に
起因する内部短絡が発生しないような優れたリチウム二
次電池を得ることができる。また、セパレータの端部に
塗布された電解液に不溶性で電気絶縁性の物質が、電極
群の重ね合わせのためのガイドの役割を兼ねているの
で、巻ずれが起こりにくくなり、少ない不良品率で電池
を作製することができる。これらの効果により本発明の
工業的価値は、極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかわる非水電解液リチウム二次電池
の一例の概略的な縦断面図。
【図2】図1で示した電池の内部にある渦巻状電極群の
一部分の詳細な縦断面図。
【符号の説明】
1 正極 2 セパレータ 3 負極 4 EPDM

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属リチウムを活物質とする負極と、正極
    とがセパレータを間に介在して、渦巻状に卷回された極
    板群と非水電解液とが容器内に封入された非水電解液二
    次電池であって、上記セパレータの幅を正極や負極の幅
    よりも大きくし、セパレータの幅が広くなったために正
    極や負極に対向しえなくなったセパレータの周辺部分に
    電解液に不溶性で、かつ電気絶縁性の物質を少なくとも
    正極または負極のうちで電極厚みの厚い方の厚みの2分
    の1以上の厚みに塗布したことを特徴とする円筒型非水
    電解液二次電池。
  2. 【請求項2】上記電解液に不溶性で、かつ電気絶縁性の
    物質がエチレンプロピレンターポリマー(EPDM)で
    ある請求項1記載の円筒型非水電解液二次電池。
JP3149353A 1991-05-24 1991-05-24 円筒型非水電解液二次電池 Pending JPH05109435A (ja)

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