JPH0541250A - 扁平型有機電解液二次電池 - Google Patents
扁平型有機電解液二次電池Info
- Publication number
- JPH0541250A JPH0541250A JP3193916A JP19391691A JPH0541250A JP H0541250 A JPH0541250 A JP H0541250A JP 3193916 A JP3193916 A JP 3193916A JP 19391691 A JP19391691 A JP 19391691A JP H0541250 A JPH0541250 A JP H0541250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- sealing plate
- lithium alloy
- organic electrolyte
- secondary battery
- Prior art date
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- Pending
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-
- 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
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- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、リチウム合金を負極とする扁平型
有機電解液二次電池に関するもので、封口板と負極とを
密着・一体化することにより電池要素の占有体積を増大
させ、かつ正負極間の対向面積を拡大することにより、
高容量化および充放電特性を向上させることを目的とす
る。 【構成】 一対の正極およびリチウム合金からなる負極
と、有機電解液とにより構成され、負極性電池容器内面
全体に前記負極を密着・一体化する。
有機電解液二次電池に関するもので、封口板と負極とを
密着・一体化することにより電池要素の占有体積を増大
させ、かつ正負極間の対向面積を拡大することにより、
高容量化および充放電特性を向上させることを目的とす
る。 【構成】 一対の正極およびリチウム合金からなる負極
と、有機電解液とにより構成され、負極性電池容器内面
全体に前記負極を密着・一体化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型電子機器用主電
源，メモリーバックアップ用電源などに用いられる扁平
型有機電解液二次電池に関するものである。
源，メモリーバックアップ用電源などに用いられる扁平
型有機電解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】負極活物質としてリチウムを用いる有機
電解液電池は、一般に電圧が高いので、エネルギー密度
が高く、保存性，耐漏液性などの信頼性に優れ、また、
小型軽量化が可能なことから、各種小型電子機器の主電
源やメモリーバックアップ用電源として、その需要は年
々増加している。これまで、この種の電池は充電ができ
ない一次電池が主流であったが、最近、再充電可能な二
次電池が開発され、需要が伸びている。
電解液電池は、一般に電圧が高いので、エネルギー密度
が高く、保存性，耐漏液性などの信頼性に優れ、また、
小型軽量化が可能なことから、各種小型電子機器の主電
源やメモリーバックアップ用電源として、その需要は年
々増加している。これまで、この種の電池は充電ができ
ない一次電池が主流であったが、最近、再充電可能な二
次電池が開発され、需要が伸びている。
【０００３】再充電可能な有機電解液二次電池として、
負極にリチウムと他の金属との合金、電解液に有機電解
液を用い、それに種々の正極を組み合わせた電池が知ら
れている。負極にリチウム合金を用いるのは以下の理由
による。すなわち、負極に、一次電池と同様にリチウム
金属単体を用いた場合、充電時には、電解液中のリチウ
ムイオンが、負極リチウム表面上に不均一に析出し、デ
ンドライト状結晶を形成し易い。その結果、このデンド
ライト状結晶がセパレータを貫通して正極に接触し、内
部ショートが発生したり、放電反応が不均一となって、
デンドライト状結晶のリチウムの脱落がおこり充放電に
関与しないリチウムが増加し、充放電サイクルが進むに
つれて放電容量が低下し、充放電サイクル寿命が短くな
る場合が多い。これに対して、負極にリチウム合金を用
いることにより、充電の際、析出する金属リチウムが負
極合金中に電気化学的に拡散吸蔵されるため、負極表面
にデンドライト状結晶リチウムが析出せずに、充放電サ
イクル寿命を向上することができる。有機電解液二次電
池の負極用としてリチウムと合金を形成する有効な金属
としては、アルミニウム，鉛，ビスマス，インジウム，
錫などがある。
負極にリチウムと他の金属との合金、電解液に有機電解
液を用い、それに種々の正極を組み合わせた電池が知ら
れている。負極にリチウム合金を用いるのは以下の理由
による。すなわち、負極に、一次電池と同様にリチウム
金属単体を用いた場合、充電時には、電解液中のリチウ
ムイオンが、負極リチウム表面上に不均一に析出し、デ
ンドライト状結晶を形成し易い。その結果、このデンド
ライト状結晶がセパレータを貫通して正極に接触し、内
部ショートが発生したり、放電反応が不均一となって、
デンドライト状結晶のリチウムの脱落がおこり充放電に
関与しないリチウムが増加し、充放電サイクルが進むに
つれて放電容量が低下し、充放電サイクル寿命が短くな
る場合が多い。これに対して、負極にリチウム合金を用
いることにより、充電の際、析出する金属リチウムが負
極合金中に電気化学的に拡散吸蔵されるため、負極表面
にデンドライト状結晶リチウムが析出せずに、充放電サ
イクル寿命を向上することができる。有機電解液二次電
池の負極用としてリチウムと合金を形成する有効な金属
としては、アルミニウム，鉛，ビスマス，インジウム，
錫などがある。
【０００４】一方、正極には種々の物質が検討されてい
るが、一般に、リチウムイオンと層間化合物やトンネル
構造の結晶などを形成する材料、例えば五酸化バナジウ
ム，五酸化ニオブ，二酸化マンガンなどの金属酸化物
や、二硫化チタン，二硫化モリブデンなどの硫化物が用
いられる。また、ポリアニリン，ポリアセンなどの導電
性高分子などを使用したものもある。
るが、一般に、リチウムイオンと層間化合物やトンネル
構造の結晶などを形成する材料、例えば五酸化バナジウ
ム，五酸化ニオブ，二酸化マンガンなどの金属酸化物
や、二硫化チタン，二硫化モリブデンなどの硫化物が用
いられる。また、ポリアニリン，ポリアセンなどの導電
性高分子などを使用したものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の扁平型有機電解
液二次電池の構造を図２に示す。図２において、１は正
極端子を兼ねるケース、２は負極端子を兼ねる封口板、
３はケースと封口板を絶縁するガスケット、４は正極、
５は負極、６は正極と負極を隔離するセパレータ、７は
正極集電体である。従来の電池構成において、負極は、
一般にリチウム合金を適当な厚さにシート状に圧延成型
したものを円形に打ち抜き、封口板の内面に溶接する方
法を採っていた。図２に示されるように、従来構造の扁
平型有機電解液二次電池は、正負極の対向面積が限定さ
れるので、充放電率を高くすることが難しく、かつ正負
極およびセパレータに有機電解液が含浸された電池要素
の占有体積密度が必ずしも高くないので、高容量化し難
いという欠点があった。このような課題は、電池が小型
・薄型化され、電池の全体積に対する内容積の比が小さ
くなるにつれて重要な問題になっている。
液二次電池の構造を図２に示す。図２において、１は正
極端子を兼ねるケース、２は負極端子を兼ねる封口板、
３はケースと封口板を絶縁するガスケット、４は正極、
５は負極、６は正極と負極を隔離するセパレータ、７は
正極集電体である。従来の電池構成において、負極は、
一般にリチウム合金を適当な厚さにシート状に圧延成型
したものを円形に打ち抜き、封口板の内面に溶接する方
法を採っていた。図２に示されるように、従来構造の扁
平型有機電解液二次電池は、正負極の対向面積が限定さ
れるので、充放電率を高くすることが難しく、かつ正負
極およびセパレータに有機電解液が含浸された電池要素
の占有体積密度が必ずしも高くないので、高容量化し難
いという欠点があった。このような課題は、電池が小型
・薄型化され、電池の全体積に対する内容積の比が小さ
くなるにつれて重要な問題になっている。
【０００６】本発明は、上記課題を解決するもので、封
口板などの負極性電池容器とリチウム合金負極とを密着
・一体化することにより、放電容量を増大させるととも
に、充放電特性を向上した扁平型有機電解液二次電池を
提供するものである。
口板などの負極性電池容器とリチウム合金負極とを密着
・一体化することにより、放電容量を増大させるととも
に、充放電特性を向上した扁平型有機電解液二次電池を
提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による扁平型有機
電解液二次電池は、リチウム合金からなる負極を、従来
のような円盤状体から、封口板などの負極性電池容器と
負極とを密着・一体化し、セパレータを介して、電池容
器内に空隙が残らないように正極を充満させる構造とす
ることにより、高容量化とともに充放電特性の向上を図
ったものである。
電解液二次電池は、リチウム合金からなる負極を、従来
のような円盤状体から、封口板などの負極性電池容器と
負極とを密着・一体化し、セパレータを介して、電池容
器内に空隙が残らないように正極を充満させる構造とす
ることにより、高容量化とともに充放電特性の向上を図
ったものである。
【０００８】
【作用】前述したような電池構成にすることにより、負
極のリチウム合金の正極との対向面積が拡大され、充電
および放電の許容電流値をその割合で大きくすることが
可能となる。また、電池容器内に空隙が残らないよう
に、電池要素を充満させることになるので、電池の放電
容量の向上を図ることができる。
極のリチウム合金の正極との対向面積が拡大され、充電
および放電の許容電流値をその割合で大きくすることが
可能となる。また、電池容器内に空隙が残らないよう
に、電池要素を充満させることになるので、電池の放電
容量の向上を図ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図および表により詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１０】図１は本発明による扁平型有機電解液二次
電池の縦断面図である。図１において、１は正極端子を
兼ねるケースで、耐食性が優れたステンレス鋼板製であ
る。２は負極端子を兼ねる封口板で、ケース１と同じス
テンレス鋼板製である。３は負極で、Ｌｉ−Ａｌ２元系
などのリチウム合金からなっている。この負極３はリチ
ウム合金シートを用い、封口板の内面全体に接する形状
に成型する。前記負極は封口板内面に密着させ、一体化
するわけであるが、信頼性の面から、負極と封口板内面
間を溶接することが望ましい。リチウム合金負極を封口
板と確実に、溶接するには、図示していないが、ステン
レス鋼，鉄，ニッケルなどのネットまたはエキスパンデ
ッド・メタルなどの孔明き金属板からなる集電体とリチ
ウム合金板とを圧延一体化したシートを負極材料に用
い、前記集電体が外側になるように負極を成型し、この
集電体と封口板の内面間を溶接する方法がとられる。こ
のような溶接以外の方法で確実な電気的導通性を得るに
は、ニッケル微粉とエポキシ樹脂とを練合して製するよ
うな導電性ペーストで前記両者間を接着してもよい。４
はポリプロピレン製ガスケットで、封口板と一体化され
た負極の周辺を液密に被覆している。５は正極で、五酸
化バナジウム粉末と導電材であるカーボンブラックと結
着剤であるフッ素樹脂粉末とを混合し、図面にも示され
るように円錐台形状に成型した後、２００℃で１２時間
乾燥した。６はポリプロピレン製不織布からなるセパレ
ータ、７は正極集電体で、導電性カーボン被膜である。
なお、電解液としては、プロピレンカーボネイトと１，
２−ジメトキシエタンとの等体積混合溶媒に、過塩素酸
リチウムを１モル／ｌの割合で溶解した有機電解液を用
いた。本発明による実施例の電池との比較試料として、
図２に示す従来構成の電池も作製した。正極は直径１５
mm，厚さ１mmの円盤状の成型体であり、負極はリチウム
合金板と集電体の孔明き金属板を圧延一体化したシート
を直径１５mmに打ち抜いたもので、図示していないが、
負極集電体と封口板内面間を溶接している。試験に供さ
れた電池は、本発明品および従来品ともＲ２０２０サイ
ズ（直径２０．０mm，高さ２．０mm）で、同じ大きさで
ある。
電池の縦断面図である。図１において、１は正極端子を
兼ねるケースで、耐食性が優れたステンレス鋼板製であ
る。２は負極端子を兼ねる封口板で、ケース１と同じス
テンレス鋼板製である。３は負極で、Ｌｉ−Ａｌ２元系
などのリチウム合金からなっている。この負極３はリチ
ウム合金シートを用い、封口板の内面全体に接する形状
に成型する。前記負極は封口板内面に密着させ、一体化
するわけであるが、信頼性の面から、負極と封口板内面
間を溶接することが望ましい。リチウム合金負極を封口
板と確実に、溶接するには、図示していないが、ステン
レス鋼，鉄，ニッケルなどのネットまたはエキスパンデ
ッド・メタルなどの孔明き金属板からなる集電体とリチ
ウム合金板とを圧延一体化したシートを負極材料に用
い、前記集電体が外側になるように負極を成型し、この
集電体と封口板の内面間を溶接する方法がとられる。こ
のような溶接以外の方法で確実な電気的導通性を得るに
は、ニッケル微粉とエポキシ樹脂とを練合して製するよ
うな導電性ペーストで前記両者間を接着してもよい。４
はポリプロピレン製ガスケットで、封口板と一体化され
た負極の周辺を液密に被覆している。５は正極で、五酸
化バナジウム粉末と導電材であるカーボンブラックと結
着剤であるフッ素樹脂粉末とを混合し、図面にも示され
るように円錐台形状に成型した後、２００℃で１２時間
乾燥した。６はポリプロピレン製不織布からなるセパレ
ータ、７は正極集電体で、導電性カーボン被膜である。
なお、電解液としては、プロピレンカーボネイトと１，
２−ジメトキシエタンとの等体積混合溶媒に、過塩素酸
リチウムを１モル／ｌの割合で溶解した有機電解液を用
いた。本発明による実施例の電池との比較試料として、
図２に示す従来構成の電池も作製した。正極は直径１５
mm，厚さ１mmの円盤状の成型体であり、負極はリチウム
合金板と集電体の孔明き金属板を圧延一体化したシート
を直径１５mmに打ち抜いたもので、図示していないが、
負極集電体と封口板内面間を溶接している。試験に供さ
れた電池は、本発明品および従来品ともＲ２０２０サイ
ズ（直径２０．０mm，高さ２．０mm）で、同じ大きさで
ある。
【００１１】これら電池の組み立て直後の開路電圧，内
部抵抗および放電容量を（表１）に示す。表示した値は
本発明品および従来品とも各２０セルの平均値で、内部
抵抗は１kHz交流法で、また、放電容量は２mA定電流で
２．５Ｖまで放電して求めた。
部抵抗および放電容量を（表１）に示す。表示した値は
本発明品および従来品とも各２０セルの平均値で、内部
抵抗は１kHz交流法で、また、放電容量は２mA定電流で
２．５Ｖまで放電して求めた。
【００１２】
【表１】
【００１３】（表１）の結果からも理解されるように、
本発明品は従来品よりも正負極間の対向面積が大きいの
で、内部抵抗が低い値を示している。したがって、電池
の許容される充電率および放電率は約１．５倍まで向上
し得ることが期待できる。また、放電容量においても、
電池容器内の電池要素の占有体積密度が、本発明品は従
来品よりも大きいので約１．３倍の放電容量を示した。
同一サイズの電池で高容量にできるということは、充放
電サイクル寿命の向上に有利になる。扁平型有機電解液
二次電池がよく使用されるメモリーバックアップ用電源
の場合、通常、毎サイクルの放電電気量は公称容量の１
０％の放電深さで約１０００回の充放電サイクル寿命で
ある。この充放電サイクル寿命は放電深さを浅くするこ
とにより飛躍的に向上できる。したがって、本発明品に
おいては、充放電サイクル寿命を変えずに、毎サイクル
の放電電気量を約１．３倍にすることが可能になるし、
毎サイクルの放電電気量を同じにすれば、充放電サイク
ル寿命は約２０００回まで倍増することが期待される。
本発明品は従来品よりも正負極間の対向面積が大きいの
で、内部抵抗が低い値を示している。したがって、電池
の許容される充電率および放電率は約１．５倍まで向上
し得ることが期待できる。また、放電容量においても、
電池容器内の電池要素の占有体積密度が、本発明品は従
来品よりも大きいので約１．３倍の放電容量を示した。
同一サイズの電池で高容量にできるということは、充放
電サイクル寿命の向上に有利になる。扁平型有機電解液
二次電池がよく使用されるメモリーバックアップ用電源
の場合、通常、毎サイクルの放電電気量は公称容量の１
０％の放電深さで約１０００回の充放電サイクル寿命で
ある。この充放電サイクル寿命は放電深さを浅くするこ
とにより飛躍的に向上できる。したがって、本発明品に
おいては、充放電サイクル寿命を変えずに、毎サイクル
の放電電気量を約１．３倍にすることが可能になるし、
毎サイクルの放電電気量を同じにすれば、充放電サイク
ル寿命は約２０００回まで倍増することが期待される。
【００１４】上記実施例においては、負極性電池容器で
ある封口板およびリチウム合金板単独またはリチウム合
金板と集電体とを圧延一体化したシートによって成型し
た負極を別個に作製して、溶接又は接着などにより一体
化したが、より小型または薄型の扁平型電池の場合、体
積効率的に不利であるし、生産性も必ずしも高くない。
したがって、ステンレス鋼板またはニッケルとステンレ
ス鋼板のクラッド板など封口板に使用される金属板と負
極材料のリチウム合金板とを圧延一体化したクラッド板
を用い、封口板と負極とを一体に成型すれば、前述した
課題は解決できる。なお、この場合、前記クラッド板の
製造および封口板−負極一体化部品の成型は乾燥アルゴ
ンまたは空気中で実施する必要があることはいうまでも
ない。
ある封口板およびリチウム合金板単独またはリチウム合
金板と集電体とを圧延一体化したシートによって成型し
た負極を別個に作製して、溶接又は接着などにより一体
化したが、より小型または薄型の扁平型電池の場合、体
積効率的に不利であるし、生産性も必ずしも高くない。
したがって、ステンレス鋼板またはニッケルとステンレ
ス鋼板のクラッド板など封口板に使用される金属板と負
極材料のリチウム合金板とを圧延一体化したクラッド板
を用い、封口板と負極とを一体に成型すれば、前述した
課題は解決できる。なお、この場合、前記クラッド板の
製造および封口板−負極一体化部品の成型は乾燥アルゴ
ンまたは空気中で実施する必要があることはいうまでも
ない。
【００１５】さらに、実施例では負極用リチウム合金と
して、アルミニウムの場合について詳述したが、リチウ
ムの吸蔵能力を有する鉛，インジウム，ビスマス，錫な
どの単体あるいはそれらの合金を用いても同様に適用可
能である。また、正極材料としても、五酸化バナジウム
以外に、二硫化チタン，二硫化モリブデン，三酸化モリ
ブデン，二酸化マンガンなどを用いても同様に有効であ
る。なお、本発明は、有機電解液の種類に限定されるも
のではない。
して、アルミニウムの場合について詳述したが、リチウ
ムの吸蔵能力を有する鉛，インジウム，ビスマス，錫な
どの単体あるいはそれらの合金を用いても同様に適用可
能である。また、正極材料としても、五酸化バナジウム
以外に、二硫化チタン，二硫化モリブデン，三酸化モリ
ブデン，二酸化マンガンなどを用いても同様に有効であ
る。なお、本発明は、有機電解液の種類に限定されるも
のではない。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、リチウム
合金からなる負極と負極性電池容器とを密着・一体化す
る構成にすることにより、従来品に比べ、高容量で、充
放電率特性を向上させ、かつ充放電サイクル寿命特性の
改善も期待できる扁平型有機電解液二次電池が提供可能
である。
合金からなる負極と負極性電池容器とを密着・一体化す
る構成にすることにより、従来品に比べ、高容量で、充
放電率特性を向上させ、かつ充放電サイクル寿命特性の
改善も期待できる扁平型有機電解液二次電池が提供可能
である。
【図１】本発明の実施例による電池の縦断面図
【図２】従来例電池の縦断面図
１ ケース ２ 封口板 ３ 負極 ４ ガスケット ５ 正極 ６ セパレータ ７ 正極集電体
Claims (4)
- 【請求項１】一対の正極およびリチウム合金からなる負
極と、有機電解液とにより構成され、負極性電池容器内
面全体に前記負極を密着・一体化した扁平型有機電解液
二次電池。 - 【請求項２】リチウム合金からなる負極および負極性電
池容器内面間を導電性ペーストで接着した請求項１記載
の扁平型有機電解液二次電池。 - 【請求項３】リチウム合金板と孔明き金属板製集電体と
を圧延一体化したシートを前記集電体が外側になるよう
に負極を成型し、前記負極集電体および負極性電池容器
内面間を溶接した請求項１記載の扁平型有機電解液二次
電池。 - 【請求項４】負極性電池容器を構成する金属板とリチウ
ム合金板とにより構成されたクラッド板を用い、負極性
電池容器と負極とを一体に成型した請求項１記載の扁平
型有機電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193916A JPH0541250A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 扁平型有機電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3193916A JPH0541250A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 扁平型有機電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541250A true JPH0541250A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16315878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3193916A Pending JPH0541250A (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | 扁平型有機電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0541250A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289260A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-04 | Toshiba Battery Co Ltd | 扁平形非水電解質二次電池 |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP3193916A patent/JPH0541250A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289260A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-04 | Toshiba Battery Co Ltd | 扁平形非水電解質二次電池 |
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