JPH05283108A - 角形非水電解液二次電池 - Google Patents

角形非水電解液二次電池

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JPH05283108A
JPH05283108A JP4103615A JP10361592A JPH05283108A JP H05283108 A JPH05283108 A JP H05283108A JP 4103615 A JP4103615 A JP 4103615A JP 10361592 A JP10361592 A JP 10361592A JP H05283108 A JPH05283108 A JP H05283108A
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JP
Japan
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separator
battery
negative electrode
electrodes
negative electrodes
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Pending
Application number
JP4103615A
Other languages
English (en)
Inventor
Isamu Yoshimatsu
勇 吉松
Masahiro Ichimura
雅弘 市村
Shigeto Okada
重人 岡田
Hideaki Otsuka
秀昭 大塚
Takahisa Masashiro
尊久 正代
So Arai
創 荒井
Masashi Shibata
昌司 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH05283108A publication Critical patent/JPH05283108A/ja
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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
    • 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
    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた電池作製効率で、できるだけ多くの正
極と負極を収納し、デントライトが発生しないような角
形非水電解液二次電池を提供する。 【構成】 短冊状の負極1と、短冊状の正極4とを微多
孔性の樹脂膜でできたセパレータ3を介して電槽内に積
層してなる角形非水電解液二次電池において、セパレー
タの負極周辺部に対向する部分3aにおける微孔がふさ
がれていることを特徴とする。 【効果】 セパレータを介して正極と負極を対向させて
角形電池を作製する際に、負極を正極よりも大きくする
ことなく、負極周辺部でのデントライトの生成が抑えら
れ、充放電サイクルを行なっても内部短絡の発生しない
優れた電池を作製することができる。また、負極をこと
さらに正極よりも大きくする必要がない上に、正極を正
確に負極の中央に設置する必要がないので、効率的に電
極を作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は角型非水電解液二次電
池、さらに詳細にはポータブル電子機器の駆動用電源と
しての非水電解液二次電池、特に角形非水電解液二次電
池の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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
される場合が多い。このようなときに構成される電池の
形状としては、ほとんどが円筒形である。しかし、近年
においては、電池を使用する機器の設計者などから、電
池形状を機器の形状に合わせたものであるようにとの要
望が多く寄せられるようになっている。この要望に応え
る形で近年ニッケルカドミウムやニッケル水素の角形電
池が種々開発され、多く市販されるようになってきた。
【0003】角形形状、すなわち直方体の電池ケースを
使用する場合、多くの工夫がなされてきた。それらの目
的は、ケースの中に無駄な空間を発生させず、できるだ
け多くの正極と負極を正確に相対させて、セパレータが
破断することなくケースの中に収納させるというもので
ある。例えば、特許第1484865号に記載されてい
るようにセパレータを袋状にして、その中に電極を収納
して角形電池が構成されることがあった。あるいは、特
開平3−74048号では、袋状セパレータの融着部分
が電極の略中央の長手方向に設けられることもあった。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、セパ
レータを袋状にすることに対しては、電池製造プロセス
の多工程化あるいは複雑化といった問題がある。電極を
1枚ずつ袋状のセパレータに挿入するか、あるいはセパ
レータで電極を1枚1枚包む必要があるからである。特
に水溶液を用いる角形のニッケルカドミウム電池などと
比較して、非水電解液中のリチウムイオンの輸率や移動
度は極端に低いので、電極面積を大きくして、放電特性
を改善するために薄い電極を多数枚積層しなければなら
ないことを考慮すると、袋状セパレータの使用はできる
だけ避けるほうが望ましい。
【0005】袋状セパレータの使用を避けて、特開平3
−1455号では、びょうぶ状に電極やセパレータを折
り曲げて電池ケースに収納している。この場合には、電
極の折り曲げ部分での電流の偏りを避けるために、活物
質の存在しない部分と活物質の存在する部分とを交互に
規則的かつ正確に正極と負極の両電極基板上に作製しな
ければならず、効率的な電極作製ができなかった。特に
リチウムが活物質であるような非水電解液二次電池にお
いて、電流の偏りは極力避けなければならない問題であ
った。電流が偏って流れると電流密度の高いところが生
じ、この部分で充電時、樹枝状リチウム(デンドライ
ト)が生成し、これが負極の切断や不活性化につながっ
たり、セパレータを貫通して電池内部短絡の原因になっ
ていたからである。特に電極の周縁部では、デンドライ
トの生成が著しい。この部分でのデンドライトの生成を
抑制するために特開平3−152881号では、負極の
面積を正極の面積よりも大きくすることを開示してい
る。しかしながら、負極の面積と正極の面積が異なるこ
とで、電池作製を効率的に行なうことが困難になってし
まった。正極と負極をセパレータを介して積層し、電極
群を作製する際に、正極を負極の中央にセパレータごし
に正確に配置させなければならないからである。この問
題は、電極の枚数が多い非水電解液二次電池の場合に
は、特に深刻である。
【0006】以上述べたように限られた容積の電池ケー
スの中に、優れた電池作製効率で、できるだけ多くの正
極と負極を収納し、デントライトが発生しないような角
形非水電解液二次電池が求められていた。
【0007】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、電極とセパレ
ータの組み合わせ方や微多孔性の樹脂膜でできたセパレ
ータの孔の状態を工夫して、本発明をなすに至った。
【0008】すなわち本発明は、リチウムを活物質とす
る短冊状の負極と、短冊状の正極とを微多孔性の樹脂膜
でできたセパレータを介して電槽内に積層してなる角形
非水電解液二次電池において、セパレータの負極周辺部
に対向する部分における微孔がふさがれていることを特
徴とする角形非水電解液二次電池である。
【0009】本発明をさらに詳しく説明する。
【0010】図1は、本発明の角形非水電解液二次電池
の電極群を構成する電極、セパレータの組立て方の概略
を示す図である。
【0011】この図より明らかなように、負極集電体2
の設けられた短冊状の負極と、同様に集電体が設けられ
た短冊状の正極4とが微多孔性の樹脂膜でできたセパレ
ータ3を介して積層されており、前記セパレータ3の負
極周辺部に対向する部分3aは微孔がふさがれている。
【0012】セパレータ3には、通常直径数μmから数
十μmの微孔が貫通しており、この中に電解液が満たさ
れている。電解液中のリチウムイオンはセパレータ3の
微孔中を放電時には負極1から正極4に向かって、充電
時にはその逆の方向に移動していく。すなわちセパレー
タ3の微孔は、リチウムイオンの通り道となっている。
この微孔がふさがれるとリチウムイオンは、セパレータ
を通過できなくなり、もはやこの部分での電池としての
機能は失われてしまう。本発明は、この現象に着目した
ものである。
【0013】すなわち本発明における微多孔性の樹脂膜
でできたセパレータ3は、部分的に微孔がふさがれてい
る。この微孔のふさがれた部分3aが負極1の周辺部に
位置するように、セパレータ3と負極1が重ね合わされ
ている。セパレータ3の微孔をふさぐことによって、ふ
さいだ部分3aでの電池機能が失われるためにリチウム
のデントライトも発生しなくなるのである。
【0014】セパレータの微孔をふさぐ方法は、様々に
実施することができる。例えば、セパレータの融点以上
に加熱してもよい。超音波照射によって加熱することも
考えられる。セパレータの溶融によって微孔がふさがれ
てしまうからである。セパレータは、厚さが数十μm程
度の非常に薄いものであるから、負極に直接に対向する
セパレータ表面の微孔をふさぐのにセパレータの裏面か
ら加熱しても熱は十分に伝達しセパレータの微孔をふさ
ぐことが期待できる。特に加熱する方向には限定されな
い。その他にセパレータの微孔をふさぐ方法としては、
電解液に不溶性の樹脂をセパレータに塗布、または含浸
してもよい。樹脂がセパレータの微孔に侵入して、微孔
がふさがれてしまうからである。さらには、電解液に不
溶性で、微孔のない樹脂テープをセパレータに張り付け
てもよい。特に方法に限定はされない。
【0015】セパレータの微孔をふさぐ範囲は、負極の
周囲に対向する部分だけで十分である。理想的には、負
極の縁に接触する部分だけで十分であるが、本発明の効
果が確実に現われるためには、負極の縁から電極面の方
に広がった範囲に、微孔のふさがれた部分が対向すると
よい。ただし、いたずらにふさがれた部分が広いと電池
として機能する電極面の面積が狭められてしまうので望
ましいことではない。現実的には、負極の縁から負極の
内側に向かってせいぜい0.5〜2mmまでであろう。
セパレータが負極よりも大きい場合には負極の外側に向
かってもセパレータの微孔がふさがれた部分3aを広げ
ることができる。ただしいたずらにセパレータのみを大
きくすることは電池ケースの中にセパレータを収納でき
なくなる恐れがあるので望ましいことではない。
【0016】セパレータの微孔をふさぐときにセパレー
タ同志が融着あるいは接着されて一体となってもかまわ
ない。セパレータの周辺部分の微孔がふさがれているこ
とが重要である。
【0017】上述のようにして、負極周辺部に対向する
部分の微孔がふさがれたセパレータを短冊状の負極と正
極の間に介在させながら、電極を積層させて電極群を作
製する。
【0018】最後に電極群を電池ケースに挿入し、電極
と電池ケースの正極、負極端子を接続し、電解液注入
後、電池ケースを密封して角形電池が完成される。
【0019】
【作用】リチウムを活物質とする短冊状の負極と、短冊
状の正極とを微多孔性の樹脂膜でできたセパレータを介
して電槽内に積層してなる角形非水電解液二次電池にお
いて、セパレータの負極周辺部に対向する部分における
微孔がふさがれていることによって、負極周辺部分での
デントライト発生が抑制される。デントライトが発生し
ないのでデントライトによる電池内部短絡の発生をなく
すことができる。また、負極の大きさを正極の大きさよ
りもことさらに異なったものとする必要は生じない。
【0020】
【実施例】本発明の実施例を、図面に基づき詳述する。
なお、下記の試験においては、いかに示すような構成の
角形リチウム二次電池を作製し、試験に用いた。なお、
本実施例においては、正極を負極よりも若干大きくし、
デントライトが負極の周辺部から発生しやすいと思われ
るような電極群の構成とした。
【0021】正極:アモルファス化した五酸化バナジウ
ム粉末とエチレンプロピレンターポリマー(EPDM)
のシクロヘキサン溶液とアセチレンブラックの混合物を
厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥、圧
延し、幅13mm、長さ42mmの寸法に切断した。
【0022】負極:幅13mm、長さ38mm、厚さ1
50μmの金属リチウム
【0023】セパレータ:厚さ25μmのポリプロピレ
ン製多孔性膜(軟化温度141℃)
【0024】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)
と2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)の体積
比1:1の混合溶液
【0025】できあがった電池は、放電電流を3.0m
A/cm2、充電電流を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。
【0026】
【実施例1】図1に示すように短冊状負極1の一角にお
いて、幅2.5mmの負極集電体2を圧着によって接続
した。セパレータ3を介しながら正極4と負極1を積層
させたときに負極の周辺部に対向するようになるセパレ
ータの周辺部分をセパレータの端から内側に向かって幅
1mm程度にわたって170℃で3秒間加熱し、セパレ
ータの微孔がふさがれた部分3aを形成した。白色であ
ったセパレータは、加熱で微孔がふさがれ、透明に変化
していた。このようにして周囲の微孔がふさがれたセパ
レータを正極と負極の間に介在させながら負極11枚と
正極10枚を交互に、最外極に負極が配置されるように
積層して電極群を作製し、電池ケースに収納した。電極
群からの集電体を電池ケースの電池端子に接続して、電
解液を注液後、電池ケースを密閉して電池(A)を10
0個ほど完成させた。なお、負極1の表裏からセパレー
タで挟み込んだ後に2枚のセパレータの周辺部を同時に
加熱しても、セパレータの周辺部は、2枚とも白色から
透明に変色し、セパレータの微孔がふさがれていること
が確認された。
【0027】
【比較例1】セパレータの微孔をふさぐための加熱を施
さない以外は、実施例と同様な操作によって電池(B)
を100個ほど完成させた。
【0028】これらの電池(A)と(B)を100回の
充放電サイクルを行なうまでに発生した電池内部短絡の
発生率を表1に示した。
【0029】
【0030】この結果より、本発明電池(A)は電池
(B)と比べて、正極が負極よりも大きく、デントライ
トが発生しやすいにもかかわらず内部短絡発生数が少な
くなっていることがわかる。正極と負極が同じ大きさで
あれば、本発明による実施例と比較例のような違いはさ
らに顕著なものとなることが考えられる。
【0031】すなわち本発明電池では負極の端部、すな
わち周辺部に対向するセパレータの微孔がふさがれたこ
とにより、電池充放電サイクル時における内部短絡発生
率を低減することが可能であることが明らかになった。
【0032】本発明によって、充放電サイクルを行なっ
ても内部短絡を全く起こさない電池を作製することが明
らかになった。電極周辺部でのデントライト生成が抑え
られたこと、あるいはデントライト生成があったとして
も、デントライトがセパレータを乗り越えたり回り込ん
だりすることがなくなったことが考えられる。
【0033】
【発明の効果】本発明によって、セパレータを介して正
極と負極を対向させて角形電池を作製する際に、負極を
正極よりも大きくすることなく、負極周辺部でのデント
ライトの生成が抑えられ、充放電サイクルを行なっても
内部短絡の発生しない優れた電池を作製することができ
る。また、負極をことさらに正極よりも大きくする必要
がない上に、正極を正確に負極の中央に設置する必要が
ないので、効率的に電極を作製することができる。これ
らのゆえに本発明の工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の角形非水電解液二次電池の電極群を構
成する電極、セパレータの組立て方の概略を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 負極 2 負極集電体 3 セパレータ 3a セパレータの微孔がふさがれた部分 4 正極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 秀昭 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 正代 尊久 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 荒井 創 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 柴田 昌司 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】短冊状の負極と、短冊状の正極とを微多孔
    性の樹脂膜でできたセパレータを介して電槽内に積層し
    てなる角形非水電解液二次電池において、セパレータの
    負極周辺部に対向する部分における微孔がふさがれてい
    ることを特徴とする角形非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】負極の活物質がリチウム金属、リチウム合
    金、リチウム化合物の群より選ばれた1つであることを
    特徴とする請求項1記載の角形非水電解液二次電池。
JP4103615A 1992-03-30 1992-03-30 角形非水電解液二次電池 Pending JPH05283108A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10188937A (ja) * 1996-12-27 1998-07-21 Hitachi Maxell Ltd 非水電解液二次電池
JP2007134149A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Sony Corp 非水電解質電池
JP2009188037A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Fuji Heavy Ind Ltd 蓄電デバイス
JP2012069283A (ja) * 2010-09-21 2012-04-05 Nissan Motor Co Ltd 積層型電池の製造方法および積層型電池用セパレータ
JP2012204335A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池の製造方法

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