JPH06163032A - 非水電解質リチウム電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エネルギー密度が高く、かつ、信頼性の点でも
優れた非水電解質リチウム電池を得ること。 【構成】黒鉛粉末にメソフェーズ小球体炭素粉末を混合
したものを結着剤と混合して電極基体に塗布してなる負
極板を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解質リチウム電
池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】電子機器の小形軽量化に伴
い、小形で軽量かつ高エネルギー密度の電池が求められ
ている。これら要求を満たす電池として、非水電解質リ
チウム電池が有望である。これは、正極にリチウムを吸
蔵放出する物質を用い、負極に金属リチウム、リチウム
合金もしくはリチウムを吸蔵放出する物質を用い、電解
液に有機電解質や固体電解質などの非水電解質を用いた
電池である。

【０００３】最近の非水電解質リチウム電池では、安全
性の点から負極に炭素材料を用いるのが一般的である。
特に黒鉛粉末は、黒鉛化度の低い炭素材料に比較してリ
チウムの吸蔵放出量が大きい点で優れている。

【０００４】しかし、発明者は、黒鉛粉末を用いて、い
わゆるペースト式により負極板を製作した場合に、下記
のような問題点があることを見いだした。すなわち、黒
鉛粉末と結着剤とを混合してペースト状にしたものを電
極基体に塗布する場合に、ペースト粘度が低すぎて塗布
厚みを一定以上厚くできないという問題があった。電極
厚みを一定以上厚くできないということは、電池設計の
自由度を制限するばかりでなく、電池内のセパレーター
や電極基体の占有体積を増加させ電池のエネルギー密度
を低下させる要因ともなる。

【０００５】ペースト粘度を向上させるために結着剤量
を増加させると電極の内部抵抗が増加するので好ましく
ない。また、ペーストに増粘剤を添加する方法が考えら
れるが、増粘剤が電池系内に持ち込まれた場合、性能に
複雑な影響を与えるので好ましくない。また、電池内で
不活性な無機材料や有機材料を添加して厚塗りを可能に
する方法は、電池エネルギー密度を低下させるので好ま
しくない。

【０００６】リチウムを吸蔵放出する炭素繊維を上記ペ
ーストに添加する方法は、電池エネルギー密度を低下さ
せず電池性能にも悪影響を与えない優れた方法である
が、繊維状物質が電極より飛び出して電池ショートの原
因となるという新たな問題が生じることがわかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、黒鉛粉末にメ
ソフェーズ小球体炭素粉末を混合したものを結着剤と混
合して電極基体に塗布してなる負極板を備えたことを特
徴とする非水電解質リチウム電池を用いることにより前
記課題を解決するものである。

【０００８】

【作用】黒鉛粉末は一般に表面エネルギーが小さくしか
も粒子同志がお互いによく滑るので、これに結着剤を混
合してなるペーストは非常に粘度が低い。本発明に用い
るメソフェーズ小球体炭素粉末は、ピッチ系の炭素材料
を熱分解して得られるもので、等方性のものと異方性の
ものがある。また、粒径は数μｍから５０μｍ程度であ
り、黒鉛化度の低いものから高いものまで種種の種類が
ある。いずれにしてもその表面は複雑な形状を有し独特
の自己粘着性を有するので上記ペーストに添加すると粒
子同志の粘着度が向上しペースト粘度が向上する。この
結果、黒鉛粉末を主として用いたペースト負極板の厚塗
りが可能となるものである。

【０００９】また、上記メソフェーズ小球体炭素粉末
は、リチウムの吸蔵放出量が大きい（特に黒鉛化度の高
いものが約270 から300mAh/gと大きい）ので、これを添
加したことによって電極のエネルギー密度が低下するこ
とは無い。むしろ形状の異なる粒子が混在することで加
圧プレスによる電極多孔度の低下を抑制し、電極充填密
度を向上できるので電池のエネルギー密度を向上させる
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下に、好適な実施例を用いて本発明を説明
する。

【００１１】本発明の電池に用いる負極板を下記のよう
に試作した。６５重量部のロンザ製黒鉛粉末KS25（d002
面間距離０．３３５５ｎｍ）、１８重量部の川崎製鉄製
メソフェーズ小球体炭素粉末KMFC（平均粒径１４．８μ
ｍ、焼成密度１．７０２ｇ／ｃｍ³ ）に１２ｗｔ％のポ
リフッ化ビニリデン溶液（溶媒はN-メチルピロリドン）
をポリフッ化ビニリデンが１０重量部になるように加え
て攪拌し、さらにN-メチルピロリドンを粘度調節のため
に７重量部ほど添加したものをよく攪拌して負極ペース
トとした。この負極ペーストをニッケルメッキを施した
鉄製穿孔板（厚さ６０μm ）に塗布したのち、８０℃で
２時間乾燥しロールプレス後打ち抜いて、長さ５７ｍ
ｍ、幅１５ｍｍ、厚さ６００μm の負極板を試作した。

【００１２】正極板を下記のように試作した。９０重量
部の LiCoO₂ 、３重量部のケッチェンブラックに１０ｗ
ｔ％のＴＦＥ溶液をテフロンが７重量部となるように加
えてよく混合した後、１２０℃で３時間乾燥し、粉砕し
て正極合剤を試作した。この正極合剤をＳＵＳ３０４か
らなるステンレス穿孔板（厚さ６０μm ）の両面に加圧
密着させた後打ち抜いて、長さ５７ｍｍ、幅１４ｍｍ、
厚さ４００μm の正極板を試作した。

【００１３】上記正極板４枚をポリエチレン製の微孔膜
セパレーター（三菱化成製ＢＸ−４）に包み込み、上記
負極板５枚と交互に積層した後、ＳＵＳ３０４製電池ケ
ースに挿入して電解液（１モルLiPF₆ /EC+DEC)を注液し
て封口し、長さが６５ｍｍ幅１６．４ｍｍ厚さ５．６ｍ
ｍの角形電池を試作した。この電池を本発明の非水電解
質リチウム電池（Ａ）とする。

【００１４】比較のための電池（ア）を下記のように試
作した。メソフェーズ小球体炭素粉末を用いずに黒鉛粉
末を８３重量部とした以外は電池（Ａ）と同様の負極ペ
ーストを試作した。このペーストを用いて負極板を試作
した場合、仕上がり厚さは３００μm が限度でありこれ
より厚塗りすることは困難であった。このため電池
（ア）は、厚さ２００μｍの正極板を８枚、上記負極板
を９枚用いて試作した。いずれにしても電池内に占有す
るセパレーターや穿孔板の体積が増加するので電池容量
は低下した。

【００１５】比較のための電池（イ）を下記のように試
作した。メソフェーズ小球体炭素粉末の代わりに平均径
１３μｍ平均長さ１３０μｍの炭素繊維（DONACARBO S-
244）を添加した以外は電池（Ａ）と同様の負極板を試
作した。この場合、電極の厚塗りは問題なくできた。ま
た、上記炭素繊維は、それ自身がリチウムを吸蔵放出す
るので放電容量の低下はほとんどなかった。しかし、炭
素繊維は非常に弾性、剛性が強いので塗布の時に電極よ
り飛び出した場合に、後のロールプレスによっても電極
内に埋め込むことができず、このため電池がショートす
る場合があった。

【００１６】表１に上記（Ａ）、（ア）および（イ）の
電池の平均放電容量（試験電池数１００セル）、ショー
ト率を示す。

【００１７】

【表１】 表１から明らかなように本発明の電池は、放電容量が大
きく、ショートの確率も低い。なお、電池容量は、温度
２５℃で６０ｍＡで４．１Ｖまで充電し、６０ｍＡで
２．７Ｖまで放電したときの容量である。

【００１８】メソフェーズ小球体炭素粉末は、天然黒鉛
や人造黒鉛に比較して約１０倍ほど高価であるので、そ
の添加量は必要なペースト粘度が得られる最小の値にと
どめる方がよい。必要なペースト粘度は、塗布しようと
する電極の厚みによって異なる。厚い電極が必要な場合
には、より粘性の高いペーストが必要である。通常、メ
ソフェーズ小球体炭素粉末の添加量は、0.5wt%から60wt
% である。

【００１９】

【発明の効果】上述のごとく、本発明の非水電解質リチ
ウム電池は、エネルギー密度が高く、信頼性の点でも優
れている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】黒鉛粉末にメソフェーズ小球体炭素粉末を
   混合したものを結着剤と混合して電極基体に塗布してな
   る負極板を備えたことを特徴とする非水電解質リチウム
   電池。