JPH0529021A - 耐過放電性の非水系二次電池 - Google Patents

耐過放電性の非水系二次電池

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JPH0529021A
JPH0529021A JP3201129A JP20112991A JPH0529021A JP H0529021 A JPH0529021 A JP H0529021A JP 3201129 A JP3201129 A JP 3201129A JP 20112991 A JP20112991 A JP 20112991A JP H0529021 A JPH0529021 A JP H0529021A
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Isao Kuribayashi
功 栗林
Kenji Otsuka
健司 大塚
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐過放電性の非水系二次電池に関する。 【構成】 正極は、リチウムイオンを脱ドープし、
かつドープし得るリチウム化合物を活物質とし、リチウ
ムを参照電極とした電位が充電状態で3.5V以上であ
り、負極は、リチウムイオンをドープし、かつ脱ドープ
し得る炭素質材料を活物質とし、前記負極の集電体とし
てステンレススチール箔を用いる、非水素電解質溶液を
用いてなる非水系二次電池。 負極の集電体として、表裏のステンレススチール層
間に電気比抵抗がステンレススチールより低い値を有す
る金属層を介する構造の複合箔を用いる点 【効果】 放電電圧が0Vになる使い方をされても長期
にわたって安定した電池容量を保持することができ、耐
過放電性が格段に改良される。更に、表裏のステンレス
スチール層間に、電気比抵抗の低い金属層を介在させる
と、より高い電流で放電させたとき、ステンレススチー
ル単独に比して電池容量をより高く保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非水系二次電池に関す
る。更に詳しくは、本発明は、耐過放電性の非水系二次
電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、負極に炭素質材料を活物質とし、
銅箔ないしニッケル箔を集電体とした高電圧を有する非
水系二次電池(例えば特開昭62−90863号等)
が、負極にリチウム金属又はその合金を使用したリチウ
ム二次電池に比して、充放電の繰返しによってリチウム
デンドライトを形成して電池内部で短絡する不都合もな
く、熱暴露あるいは強い衝撃に対しても発熱・発火等が
見られず、安全性の点で格段に優れているとして注目さ
れている。
【0003】小型化、軽量化を図る上で、一体型ビデオ
カメラ、移動体通信機、無線通信機、ノートブック型パ
ソコン、パームトップ型パソコン等のポータブル機器向
けの電源として有用である。しかしながら、カットオフ
電圧が設定されていないポータブル機器へ適用した場合
に、スイッチの切り忘れ、自己放電により長期未使用状
態下に0ボルトに到達する場合等を幾度も繰り返すと、
充電しても初期の電池容量に比して大きく容量の低下を
きたす欠点があった。
【0004】電池を解体し観察すると、負極集電体に銅
箔を用いた場合には、一部溶け出しており、集電体とし
ての機能が損じていた。又、ニッケル箔を用いた場合に
は、孔蝕ないし集電体との接合部が溶解しており、電池
容量の低下はいずれも集電体に起因することが分かっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のような非水系二
次電池における過放電(放電電圧が0Vとなる)による
容量低下は、負極活物質として炭素質材料を用いて、か
つ正極活物質としてリチウムを参照電極とした電位が充
電状態で3.5V以上を有するリチウム化合物を組み合
わせた場合に顕著になる。
【0006】本発明者らは、かかる過放電時の容量低下
の見られない非水系二次電池を実現すべく、原因である
負極集電体の溶解を生じない新規な集電体を提供するこ
とを目的として各種の金属材料を検討した。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は正極にリチウムイオンを脱ドープし、かつ
ドープし得るリチウム化合物を活物質とし、充電状態で
リチウムを参照電極とした電位が3.5V以上であり、
負極はリチウムイオンをドープし、かつ脱ドープし得る
炭素質材料を活物質とし、非水系電解質溶液とセパレー
ターとからなる非水系二次電池において、前記負極の集
電体としてステンレススチール箔または、表裏のステン
レススチール層間に電気非抵抗がステンレススチールよ
りも低い値を有する金属層を介する構造の複合箔を用い
ることを特徴とする。
【0008】上記正極活物質としてのリチウム化合物
は、例えば
【化1】LiX CoY Z 2 (ただし、MはAl、In、Snの中から選ばれた少な
くとも1種の金属を表し、X、Y、Zは各々0<X≦
1.1、0.5<Y≦1、Z≦0.1の数を表す。)
【0009】
【化2】LiX CoO2 (0<X≦1)、LiX Ni0
2 (0<X≦1)、LiX CoY NiZ 2 (0<X≦
1、Y+Z=1)、LiX Mn2 4 (0<X≦1)、
LiCoX Mn2-X 4 (0<X≦0.5)、LiX
3 8 (0<X≦1)、LiX 2 5 (0<X≦
1)、LiCrO2 のような金属カルコゲナイト系リチ
ウム化合物を主成分とするものであり、充電状態でリチ
ウムを参照電極とした電位が3.5V以上のものであ
る。
【0010】上記負極活物質としての炭素質材料は、リ
チウムイオンをドープし、かつ脱ドープし得るものであ
って、例えば、グラファイト、熱分解炭素、ピッチコー
クス、ニードルコークス、石油コークス、有機高分子の
焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロニ
トリル等の焼成体)等を用いることができる。負極の集
電体としては、ステンレススチール箔;好ましくは、オ
ーステナイト系の304、305である。
【0011】箔厚みは25μm〜1μmが望ましい。更
に好ましくは1〜10μmのステンレススチール箔に、
メッキ、蒸着、スパッタリング等により電気比抵抗がス
テンレススチールより低い値の金属層を形成し、該金属
層を内側にして重ねることにより表裏をステンレススチ
ール箔面とするか、或いは電気比抵抗の低い金属箔をス
テンレススチール箔間に介する構造の複合箔を用いる。
【0012】上記のステンレススチール箔間に介する金
属材料は、20℃における電気抵抗率が14μΩ・cm
までの値を有するものが好ましい。具体的には、銀、ア
ルミニウム、クロム、銅、鉄、ニッケル、錫、チタン、
亜鉛およびその合金を用いる。
【0013】総厚みとしては30μm〜5μmであり、
電気抵抗率が3〜30μΩ・cm、更に好ましくは3〜
15μΩ・cmの範囲である。また、複合箔において、
四端面を抵抗溶接、レーザー溶接、超音波溶着し、ステ
ンレススチール層同志を融着させるか、ホットメルト或
いは樹脂封止して、電解質溶液の侵入を防止しておくこ
とが好ましい。
【0014】上記電解質としては、例えば、
【化3】LiClO4 、LiAsF6 、LiPF6 、L
iBF4 、CH3 SO3 Li、CF3 SO3 Li、(C
3 SO2 2 NLi等のリチウム塩のいずれか1種又
は2種以上を混合したものが使用できる。
【0015】また、上記電解液としては、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−ジエトキシエタン、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、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、
ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル等の
いずれか1種又は2種以上を混合したものが使用でき
る。また、非水系電解質溶液を固体電解質に変えてもよ
い。
【0016】電極は、上記正極活物質粒子及び上記負極
活物質の粉末にそれぞれバインダー等を加えて分散液を
調製する。かかる分散液を金属箔に塗布し、乾燥した
後、所定の巾にサイジングして作成する。
【0017】電池は、上記正、負の電極をセパレーター
を介して捲回し、うず巻状のコイルをつくり電池缶に挿
入し、上記非水系電解質溶液を加えて封口して円筒型電
池とするか、或いは上記正、負の電極を円状、正方形、
長方形に切り出し、セパレーターを介在し重ねて、上記
非水系電解質溶液を加えて、ボタン(コイン)型電池、
シート(ペーパー)型電池とする。
【0018】
【実施例】次に、実施例および比較例によって本発明を
さらに詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を制限
しない。
【0019】
【実施例1】正極は、活物質のLiCoSn0.022
対して5%の炭素系導電助剤を加えてなるコンパウンド
に、ポリビニリデンフルオライドの5%DMF溶液を同
量加えて分散液とし、これを厚み15μmのアルミニウ
ム箔の両面にそれぞれ300g/m2 で均一に添着し乾
燥する。
【0020】また、負極は、活物質として平均粒子系1
0μmのニードルコークスにポリビニリデンフルオライ
ドの5%DMF溶液を同量加えて分散液とし、これを厚
み10μmのステンレススチール304箔の両面にそれ
ぞれ150g/m2 で均一に添着し、乾燥する。これら
の正極、負極を40mmの巾にサイジングし、リードタ
ブをつけた後、厚み35μmのポリエチレン製微多孔膜
セパレーターを介して、うず巻き状のコイルを製作す
る。
【0021】コイルの直径は15.5mmであり、これ
を内径15.6mm、長さ49.5mmのステンレスス
チール缶に挿入し、負極リードタブを缶壁に、正極リー
ドタブをハーメチックシールのセンターピンにそれぞれ
スポット溶接した後、電解質溶液としてLiBF4
モルのプロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、γ−ブチロラクトンの3成分溶液4gを真空含浸さ
せて、レーザー溶接により封口する。
【0022】該電池は、0.6アンペアの定電流充電
し、電圧が4.2Vに達した後、4.2V定電圧下5時
間充電を続け、1時間後に0.6アンペアおよび1.2
アンペアの定電流放電を0Vまで行うサイクルを繰り返
して行った。
【0023】
【実施例2】負極集電体として実施例1のステンレスス
チール箔の代わりに、厚み4μmのステンレススチール
箔2枚の間に厚み8μmの銅箔をはさみ込んだ複合箔を
用いて、実施例1と同様の評価を行った。複合箔の4端
部は抵抗シーム溶接により封止し、端面には樹脂コート
を施した。
【0024】
【比較例1】負極集電体として実施例1のステンレスス
チールの代わりに10μmの銅箔を用い、実施例1と同
様の評価を行った。実施例1、2および比較例1の充放
電1サイクル目及び充放電20サイクル目の放電容量を
まとめて、表1に示した。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】本発明の非水系二次電池は、放電電圧が
0Vになる使い方をされても長期にわたって安定した電
池容量を保持することができ、耐過放電性が格段に改良
される。更に、表裏のステンレススチール層間に、電気
比抵抗の低い金属層を有する実施例2の電池において
は、より高い電流で放電させたとき、ステンレススチー
ル単独に比して電池容量をより高く保持できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非水系電解質溶液を用いてなる非水二次
    電池において、正極は、リチウムイオンを脱ドープし、
    かつドープし得るリチウム化合物を活物質とし、リチウ
    ムを参照電極とした電位が充電状態で3.5V以上であ
    り、負極は、リチウムイオンをドープし、かつ脱ドープ
    し得る炭素質材料を活物質とし、前記負極の集電体とし
    てステンレススチール箔を用いることを特徴とする、非
    水系二次電池。
  2. 【請求項2】 前記負極の集電体として、表裏のステン
    レススチール層間に電気比抵抗がステンレススチールよ
    り低い値を有する金属層を介する構造の複合箔を用いる
    ことを特徴とする、請求項1に記載の非水系二次電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984003984A1 (en) * 1983-04-04 1984-10-11 Hitachi Ltd Magnetic head and method of manufacture thereof
WO2017047653A1 (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 日立マクセル株式会社 非水二次電池用電極、その製造方法、および非水二次電池
CN112054162A (zh) * 2020-09-16 2020-12-08 北京理工大学 一种锂电池用金属锂参比电极的封装方法

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CN112054162B (zh) * 2020-09-16 2022-02-25 北京理工大学 一种锂电池用金属锂参比电极的封装方法

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