JPH07123053B2 - 有機固体電解質二次電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シート状電極を用いた有機固体電解質二次電
池に関する。

［従来の技術］ 従来、非水系二次電池の正，負極活物質および電極構造
として種々提案されている。しかし活物質の形態が粒子
の場合には電極の製作に難があった。活物質粒子とポリ
（テトラフルオロエチレン）粉末とを配合し、プレス加
工する方法は、生産性が低い。またエキスパンドメタル
を基板とする方法は、電極を薄くするのが難しい。活物
質粒子をバインダー溶液の中に分散し、金属薄膜に塗布
し乾燥する方法は、軽量化，およびロール状に巻いて大
面積を得て、高容量化するのに適しているが、電池組立
工程で、金属薄膜から活物質粒子の一部が脱離し易い。
さらに繰返し充放電の過程で、活物質層が膨張・収縮を
繰り返し、金属薄膜上からその一部が剥離することが起
きる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は金属薄膜の基材上に正極活物質粒子，負極活物
質粒子のいずれかの層を形成するにあたり、電池組立工
程での活物質の脱離を解消し、さらに繰返し充放電の過
程での活物質の剥離の発生を起こさないようにし、電池
特性を保持し得るシート状電極を用いた有機固体電解質
二次電池を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明による有機固体電
解質二次電池は、金属薄膜の基板とリチウム含有酸化コ
バルト、リチウム含有五酸化バナジウム、リチウム含有
二酸化マンガンからなる群から選ばれた少なくとも１種
の正極活物質粒子からなる正極活物質層との間、および
金属薄膜の基板とカーボン負極活物質粒子からなる負極
活物質層との間に炭素粒子と接着ゴムからなる接着層を
介在させてなるシート状正負極電極を用いたことを特徴
とする。

［作用］ 本発明に用いるシート状電極は、あらかじめ、金属薄膜
の基材上に、カーボンブラックおよび／またはグラファ
イト粒子と接着樹脂および／または接着ゴムとからなる
少なくとも一層の極く薄い厚さの層を形成した後に、電
極活物質粒子と接着樹脂および／または接着ゴムを配合
した層を形成して構成される。

カーボンブラックおよび／またはグラファイト粒子の層
は、平滑な金属表面にくらべ、より大きな接触面積で活
物質層と接触することができ、密着性を高めるのに寄与
する。さらにカーボンブラックおよび／またはグラファ
イト粒子と接着樹脂および／または接着ゴムからなる接
着層は、充放電の際の活物質層と金属薄膜との微細な寸
法変化によって生ずる応力を吸収し、活物質層の剥離を
防ぐことができる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

電極の製法例１ 第１図は本発明に用いるシート状電極の実施例の断面図
である。図において、１は厚さ10μｍの銅薄膜、２は粒
径0.01〜1.0μｍのカーボンブラック50wt％，ポリオレ
フィン−ポリスチレンブロックゴムのカルボキシル変成
物50wt％からなる厚さ３μｍの接着層、３は粒径0.5〜2
0μｍのカーボンとフッ素系樹脂およびフッ素ゴムの混
合物からなる厚さ100μｍの負極活物質層である。

第１図に示した負極電極は、銅薄膜１に接着層２を塗布
などの方法によって形成し、所望の厚さ、例えば100μ
ｍに形成した負極活物質層３を接着して作製される。接
着層２にカーボンブラックにさらにグラファイト粒子を
加えることもできるし、カーボンブラックにかえ、グラ
ファイト粒子を用いることもできる。活物質とバインダ
ーとの比は好ましくは99〜85:1〜15である。

活物質層中には必要に応じて集電助剤を加える。接着層
に接着ゴムの外に接着樹脂としてフッ素系樹脂，ポリア
クリルニトリル樹脂その他の樹脂を用いることもでき
る。

接着層２中の炭素粒子は、負極活物質との接触面積を増
大して密着を良くし、さらに接着層２に適度の導電性を
与える。炭素粒子の量は５％未満では導電性に乏しく、
85％を越えると接着力が不十分となる。接着層は必要に
応じて２層またはそれ以上とする。

第２図に銅薄膜１の両面にそれぞれ接着層２および負極
活物質層３を形成した負極電極を示す。この電極は積層
構造電池に用いられる。各部の詳細は第１図に示した電
極と同じである。

電極の製法例２ 本発明に用いる正極電極について説明する。電極構造の
形状は第１図に示した負極電極と同様なので、第１図を
準用して説明する。正極電極は、厚さ15μｍのアルミニ
ウム薄膜１、実施例１において説明した接着層２および
リチウム含有酸化コバルト焼成体からなる正極活物質粒
子とフッ素系樹脂およびフッ素ゴムの混合物からなる厚
さ100μｍの正極活物質層３とで構成される。正極電極
３の作成法は負極電極と同様である。

正極活物質粒子としては、リチウム含有五酸化バナジウ
ムまたはリチウム含有二酸化マンガンを使用することも
できる。活物質とバインダーとの比は好ましくは99〜8
5:1〜15である。活物質層３の厚さは20〜250μｍの範囲
で適宜選択することができる。

製法例１における第２図と同様に、金属薄膜１の両側
に、それぞれ接着層２および正極活物質層３を形成して
もよい。

電極の製法例３ 金属薄膜１として厚さ約25μｍのニッケル薄膜を用いて
正極電極を作成した。接着層２は実施例１において説明
したとおりであり、正極活物質層３は実施例において説
明したとおりなので説明を省略する。

第２図に示したように、ニッケル薄膜１の両側にそれぞ
れ接着層２および活性物質層３を設けた正極電極も作成
された。

実施例１ エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体
にリチウムイオン伝導性を付与した有機固体電解質を用
いた非水系二次電池の負極電極および正極電極にそれぞ
れ製法例１および製法例２で作製したシート状電極を用
い、その充放電特性を測定した。第３図はその結果を従
来例と比較して示したものである。本発明によるシート
状電極を使用した電池は曲線Ａで示すように充放電回数
が300回を越えても電池容量は初期値の80％以上を保
ち、安定した電池特性を維持する。これは曲線Ｂおよび
Ｃで示される従来の電極を用いた電池が、数十回もしく
は100回程度の充放電でその容量が50％以下に急激に低
下するのと比較して極だった改善である。

なお、正極電極は製法例３によって作製されてもよいこ
とは言うまでもなく、有機固体電解質二次電池は負極電
極と正極電極の少なくとも一方に上述した電極を用いれ
ばよい。

なお以上の実施例において示した樹脂，ゴム類はあくま
で例示であって、本発明を限定するものではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に用いる電極においては、
金属薄膜と活物質層との間に、炭素粒子と接着樹脂およ
び／または接着ゴムからなる接着層が介在しているの
で、活物質層と接着層との密着性がよく、さらに充放電
に際しての活物質層の膨張・収縮による応力が吸収され
る。そのために活性物質が金属薄膜から剥離することな
く、安定した電池特性を維持することができる。

従って本発明によれば、実用的価値大なるシート状電極
を用いた固体電解質二次電池を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いるシート状電極の製法の一例を示
す断面図、 第２図は本発明に用いるシート状電極の製法の他の例を
示す断面図、 第３図は本発明のシート状電極を用いた二次電池の充放
電特性を示す特性図である。 １……金属薄膜、２……接着層、３……電極活物質から
なる層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属薄膜の基板とリチウム含有酸化コバル
   ト、リチウム含有五酸化バナジウム、リチウム含有二酸
   化マンガンからなる群から選ばれた少なくとも１種の正
   極活物質粒子からなる正極活物質層との間、および金属
   薄膜の基板とカーボン負極活物質粒子からなる負極活物
   質層との間に炭素粒子と接着ゴムからなる接着層を介在
   させてなることを特徴とするシート状正負極電極を用い
   た有機固体電解質二次電池。