JPH0562713A

JPH0562713A - 非水系二次電池

Info

Publication number: JPH0562713A
Application number: JP3248432A
Authority: JP
Inventors: Isao Kuribayashi; 功栗林
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3151726B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】電池幅方向の正極と負極との巻回ずれを制御
し、内部短絡発生を防止し、高容量化を図ることのでき
る構造を有する円筒型或いは長円型の非水系二次電池を
提供する。【構成】活物質を接着した金属箔の集電体からなる正
極及び負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回した電
池構造を有する円筒型或いは長円型の非水系二次電池で
あって、前記負極幅に対して、正極幅の比が０．９８０
〜１．００の範囲とし、正極と負極との対向していない
幅方向の部分の最大幅が０．０３８以下になるように制
御し、前記セパレータとの幅の比が少なくとも１．０４
倍である円筒或いは長円型の非水系二次電池。

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、金属箔の集電体からなる
正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回した電
極構造を有する円筒型或いは長円型の非水系二次電池の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信機、ノートブック型パ
ソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメ
ラ、ポータブルＣＤプレーヤー、ヘッドフォンステレ
オ、コードレス電話等の電子機器の小型化、軽量化を図
る上で、これらの電子機器の電源としての二次電池の高
容量化が要望されている。

【０００３】正極及び負極をセパレータを介して渦巻状
に巻回した円筒型非水系二次電池は急速充電可能であ
り、比較的重負荷にも耐えることから注目されている。
特に、金属リチウムやリチウム合金を負極として用いた
非水系二次電池は、高エネルギー密度が得られるとして
開発が盛んである。

【０００４】しかしながら、充放電の繰り返しにおい
て、内部短絡を起こさないようにする必要があり、負極
幅に対して正極幅を大きくした電池構造であった。

【０００５】また、リチウムイオンをドープ・脱ドープ
できる非水系二次電池（例えば特開昭６２−９０８６３
号公報等）が、負極にリチウム金属又はその合金を使用
した二次電池に比して、充放電の繰り返しによってリチ
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、熱暴露或いは強い衝撃を受けても発火等が見ら
れず、安全性の点で格段に優れており、注目されてい
る。

【０００６】特開昭６０−２５３１５７号公報には、正
極の集電体としてアルミニウム箔を用いることが提案さ
れている。更には、特開平３−９３１６４号公報の比較
例の如く、通常の巻回技術では、内部短絡を起こすこと
が示されている。電池の容量を向上させる上では、正極
と負極との対向する面積を大きくすることが有利である
が、二次電池においては、充放電を繰り返す間に内部短
絡を発生を防止する工夫が必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電池
幅方向の正極と負極との巻回ずれを制御し、上述の内部
短絡発生を防止し、高容量化を図ることのできる構造を
有する円筒型或いは長円型の非水系二次電池を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の非水
系二次電池は、活物質を接着した金属箔の集電体か
らなる正極及び負極とをセパレータを介して渦巻状に巻
回した電池構造を有する円筒型或いは長円型の非水系二
次電池であって、前記負極幅に対して、正極幅の比が
０．９８０〜１．００の範囲とし、正極と負極との対向
していない幅方向の部分の最大幅が０．０３８以下にな
るように制御し、前記セパレータとの幅の比が少なくと
も１．０４倍であることを特徴とする、円筒或いは長円
型の非水系二次電池である。

【０００９】そして、上記非水系二次電池におい
て、正極は、金属箔の集電体として厚み３０μｍ以下の
アルミニウムを用い、活物質としてリチウムコバルト酸
化物を用い、前記負極は、金属箔の集電体として厚み３
０μｍ以下の銅、ニッケル、ステンレススチールから選
ばれた少なくとも１種を用い、活物質としてリチウムイ
オンをドープし、かつ脱ドープし得る炭素質材料を用
い、セパレータとして多孔質ポリオレフィンを用いる点
をも特徴とする。

【００１０】以下、具体的に説明する。本発明の正極活
物質としては、リチウムイオンを脱ドープしかつドープ
し得るものであればよい。例えば、リチウムコバルト酸
化物：Ｌｉ_XＣｏ_YＭ_ZＯ₂ （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。）Ｌｉ_XＣｏＯ₂（０＜Ｘ≦１）、Ｌｉ_XＮｉＯ₂（０＜
Ｘ≦１）、Ｌｉ_XＣｏ_YＮｉ_ZＯ₂（０＜Ｘ≦１、Ｙ＋
Ｚ＝１）

【００１１】リチウムマンガン酸化物、例えばＬｉ_XＭｎＯ₂、Ｌｉ_XＭｎ₂Ｏ₄（０＜Ｘ≦１）、Ｌ
ｉＣｏ_XＭｎ_2-XＯ₄（０＜Ｘ≦０．５）リチウムクロム酸化物、例えばＬｉ_XＣｒ₃Ｏ₈（０＜Ｘ≦１）、ＬｉＣｒＯ₂

【００１２】リチウムバナジウム酸化物、例えばＬｉ_XＶ₂Ｏ₅（０＜Ｘ≦１）、Ｌｉ_XＶ₆Ｏ₁₃ Ｌｉ
_1+XＶ₃Ｏ₈ リチウムモリブデン酸化物、例えばＬｉ_XＭｏＯ₃ リチウムモリブデン二硫化物、例えばＬｉ_XＭｏＳ₂

【００１３】リチウムチタン酸化物、例えばＬｉ_XＴｉ₂Ｏ₄ リチウムチタン硫化物、例えばＬｉ_XＴｉ₂Ｓ₂ 等がある。好ましくはリチウムコバルト酸化物、リチウ
ムマンガン酸化物、更に好ましくはリチウムコバルト酸
化物である。

【００１４】本発明の正極は、前記正極活物質の１種又
は２種以上の粒子にバインダー等を加えて分散液を調製
し、集電体としての金属箔に、片面ないし両面に塗工
し、乾燥する。必要であれば、乾燥中或いはその後にプ
レスする。これを３０〜９０ｍｍの範囲の所定の幅に切
断して作製される。

【００１５】金属箔に接着している活物質及びバインダ
ーの膜厚は、片面３０〜３００μｍ、好ましくは７０〜
１３０μｍである。接着している膜厚の変動は、±５以
内、好ましくは±３％以内にする。

【００１６】前記金属箔としては、厚み５０μｍ〜１μ
ｍのアルミニウム、ニッケル、ステンレススチール等を
用いることができる。好ましくはアルミニウムであり、
厚み３０〜８μｍ、更に好ましくは１５〜１０μｍのも
のが用いられる。

【００１７】本発明の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。

【００１８】本発明の負極は、前記負極活物質の１種又
は２種以上の粉末にバインダー等を加えて分散液を調製
し、集電体としての金属箔に片面乃至両面に塗工し、乾
燥する。必要であれば、乾燥中或いはその後にプレスす
る。これを３０〜９０ｍｍの範囲の所定の幅に切断して
作製される。

【００１９】金属箔に接着している活物質及びバインダ
ーの膜厚は、片面６０〜７５０μｍ、好ましくは１４０
〜４００μｍである。接着している膜厚の変動は、±５
％以内、好ましくは±３％以内にする。

【００２０】前記金属箔としては、厚み５０μｍ〜１μ
ｍの銅、ニッケル、ステンレススチール等を用いること
ができる。好ましくは銅、ステンレススチールであり、
厚み３０〜６μｍ、更に好ましくは１２〜８μｍのもの
が用いられる。正極、負極のいずれも所定の幅に切断さ
れた部分には、バリ、切断クズの付着がないようにす
る。これらの範囲外では、正極と負極との電極幅方向の
巻回ずれを制御するのが難しい。すなわち、負極幅に対
して正極幅の比が０．９８０〜１．００であり、かつ図
２に図示されるように、正極と負極との対向していない
幅方向の部分の最大幅が０．０３８以下である必要があ
る。

【００２１】本発明に用いるセパレータとしては、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの微多孔
膜の単独膜或いはその１種又は２種以上の貼合わせ膜を
使用できる。セパレータの幅は、負極に対して少なくと
も１．０４倍、好ましくは１．０７〜１．０８倍であ
る。１．１０倍を越えては内部短絡防止には特に効果が
見られず、また巻回物を電池缶に挿入するのに不都合を
生じる。

【００２２】本発明に用いる非水系電解質溶液には、電
解質としては、例えばＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、Ｌ
ｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ、ＣＦ₃ＳＯ
₃Ｌｉ、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂ＮＬｉ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。

【００２３】また、前記電解溶液の溶媒としては、例え
ばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、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。

【００２４】電池は、前記正、負の電極を片面塗布の場
合には、非塗布面同志をそれぞれ合わせた後、両面塗布
の場合には、そのままセパレータを介して巻回し、渦巻
状の巻回物を作り、円筒型缶に挿入し、前記非水系電解
質溶液を加えて封口して円筒型電池とする。また、長円
型電池は、渦巻状の巻回物を圧縮し、長円形若しくは楕
円形とし、長円形若しくは楕円形の電池缶に挿入する
か、予め長円形若しくは楕円形に巻回した後に缶に挿入
する。

【００２５】

【実施例】次に、実施例及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。

【実施例１】正極は、活物質のＬｉＣｏＳｎ_0.02Ｏ₂に
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、フッ素ゴム４％の酢酸エチル・エチルセルローズ溶
液を加えて分散液とし、これを厚み１５μｍのアルミニ
ウム箔の両面に塗工し、乾燥し、圧縮プレスする。

【００２６】活物質とバインダー（フッ素ゴム）からな
る膜厚は、片面当たり１０５μｍ、接着している膜厚の
変動は、±２．８％にする。この塗工膜（Ａ）を幅４
０．７４ｍｍにサイジングして正極とした。また、負極
は、活物質として平均粒子径１０μｍのニードルコーク
スに、カルボキシメチルセルロース１とスチレン−ブタ
ジエンゴム２．５からなるラテックス水溶液を同量加え
て分散液とし、これを厚み１０μｍの銅箔の両面に塗工
し、乾燥し、圧縮プレスする。

【００２７】活物質とバインダー（カルボキシメチルセ
ルロースとスチレン−ブタジエンゴム）からなる平均膜
厚は、片面当たり２６５μｍ、接着している膜厚の変動
は±１．９％にする。この塗工膜（Ｂ）を幅４０．７４
ｍｍにサイジングして負極とした。

【００２８】これらの正極、負極にリードタブを付けた
後、厚み３４μｍ、幅４３．８０ｍｍのポリエチレン製
微多孔膜セパレータを介して、渦巻状に巻回する。これ
を内径１５．７５ｍｍ、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
ードタブを正極端子にそれぞれ溶接した後、電解質溶液
としてＬｉＢＦ₄ １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、封口する。

【００２９】該電池は、０．６アンペアの定電流を充電
し、電圧が４．２Ｖに達した後、４．２Ｖ定電圧下で５
時間充電を続け、１時間後に０．３アンペアの定電流放
電を２．７Ｖまで行うサイクルを繰り返して行った。こ
の充放電サイクルを３０サイクル行い、再び前述の充電
条件で充電した後、常温で７日間放置し、４．０Ｖ以下
に電圧が低下した電池を内部短絡品としてその発生率を
５０個の電池について調べる。また、初期放電容量及び
正極との対向していない部分の最大幅（図２に図示）を
負極幅に対する比率についても測定した。その結果を表
１に示す。

【００３０】

【実施例２】正極として、実施例１の塗工膜（Ａ）を幅
３９．９３ｍｍにサイジングし、実施例１の正極の代わ
りに用いて、実施例１と同様の評価を行った。その結果
を表１に示す。

【００３１】

【実施例３】正極として、実施例１の塗工膜（Ａ）を幅
５９．６５ｍｍにサイジングした。負極は、実施例１の
塗工膜（Ｂ）を幅６０．００ｍｍにサイジングして負極
とした。これらの正極、負極にリードタブを付けた後、
厚み３５μｍ、幅６３．００ｍｍのポリエチレン製微多
孔膜セパレータを介して渦巻状に巻回し、中空のコイル
状物を作る。内径は１７．２ｍｍ、外径は３０．２ｍｍ
とする。

【００３２】このコイル状物をプレスして長円形とし、
内径半径６．１ｍｍ、長径４０．３ｍｍのステンレスス
チール製長円型の電池缶に挿入し、負極タブを缶壁に、
正極リードタブを正極端子にそれぞれ溶接した後、電解
質溶液（実施例１と同じ組成）１５．３ｇを真空含浸さ
せ封口する。

【００３３】該電池を３０個作製し、２．９アンペアの
定電流を充電し、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１．４５アンペ
アの定電流放電を２．７Ｖまで行うサイクルを繰り返し
て行った。

【００３４】この充放電サイクルを４０サイクル行い、
再び前述の充電条件で充電した後、常温で７日間放置
し、４．０Ｖ以下に低下した電池を内部短絡品としてそ
の発生率を調べる。また、その放電容量及びその放電容
量と正極との対向していない部分の最大幅の負極幅に対
する比率について調べた。その結果を表２に示す。

【００３５】

【比較例１】正極として、実施例１の正極の代わりに実
施例１の塗工膜（Ａ）を幅４２．８ｍｍにサイジングし
て用いた。負極は、実施例１と同じ分散液を用いて、厚
み１０μｍの銅箔の両面に塗工し、乾燥し、圧縮プレス
する。活物質とバインダー（カルボキシメチルセルロー
スとスチレン−ブタジエンゴム）からなる平均膜厚は、
片面当たり２６５μｍ、接着している膜厚の変動は±８
％であった。

【００３６】この塗工膜（Ｃ）を幅４０．７４ｍｍにサ
イジングして用いた。これらの正極、負極にリードタブ
を付けた後、厚み３４μｍ、幅４１．５５ｍｍのポリエ
チレン製微多孔膜セパレータを介して渦巻状に巻回し、
これを内径１７．７５ｍｍ、長さ４９．５ｍｍのステン
レススチール缶に挿入し、以下実施例１と同様の評価を
行った。その結果を表１に示す。

【００３７】

【比較例２】正極として、実施例１の正極の代わりに実
施例１の塗工膜（Ａ）を幅３９．５０ｍｍにサイジング
して用い、セパレータとして実施例１のセパレータの代
わりに厚み３４μｍ、幅４１．５５ｍｍののポリエチレ
ン製微多孔膜セパレータを介して渦巻状に巻回し、これ
を内径１５．７５ｍｍ、長さ４９．５ｍｍのステンレス
スチール缶に挿入し、以下実施例１と同様の評価を行っ
た。その結果を表１に示す。なお、巻回は、実施例１と
は異なるマシーンで実施した。

【００３８】

【比較例３】正極として、実施例３の正極の代わりに実
施例１の塗工膜（Ａ）を幅５８．００ｍｍにサイジング
して用いて、実施例３と同様の評価を行った。その結果
を表２に示す。なお、巻回は、実施例１〜３のいずれと
も異なるマシーンで実施した。

【００３９】

【比較例４】正極として、実施例３の正極の代わりに実
施例１の塗工膜（Ａ）を幅６１．５０ｍｍにサイジング
して用いて、実施例３の巻回マシーンを使用し、実施例
３と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】本発明により、円筒型或いは長円型非水
系二次電池において、充放電サイクルに伴う、電池の内
部短絡を防止し、容量がより大きい、優れた電池を提供
できるようになり、その工業的な価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１〜３及び比較例１〜４の電極の模式的
断面図である。

【図２】渦巻状に巻回された断面の模式図である。

【符号の説明】

１活物質２金属箔３セパレータ４正極と負極とが対向していない幅方向の部分の最大
幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活物質を接着した金属箔の集電体からな
る正極及び負極とをセパレータを介して渦巻状に巻回し
た電極構造を有する円筒型或いは長円型の非水系二次電
池において、前記負極幅に対して正極幅の比が０．９８
０〜１．００であり、正極と負極との対向していない幅
方向の部分の最大幅が０．０３８以下であり、前記セパ
レータとの幅の比が少なくとも１．０４倍であることを
特徴とする、円筒型或いは長円型の非水系二次電池。
【請求項２】前記正極は、金属箔の集電体として厚み３
０μｍ以下のアルミニウムを用い、活物質としてリチウ
ムコバルト酸化物を用い、前記負極は、金属箔の集電体
として厚み３０μｍ以下の銅、ニッケル、ステンレスス
チールから選ばれた少なくとも１種を用い、活物質とし
てリチウムイオンをドープし、かつ脱ドープし得る炭素
質材料を用い、セパレータとして多孔質ポリオレフィン
を用いることを特徴とする、請求項１記載の非水系二次
電池。