JPH07296847A - リチウム二次電池及びその製造方法 - Google Patents

リチウム二次電池及びその製造方法

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JPH07296847A
JPH07296847A JP6090838A JP9083894A JPH07296847A JP H07296847 A JPH07296847 A JP H07296847A JP 6090838 A JP6090838 A JP 6090838A JP 9083894 A JP9083894 A JP 9083894A JP H07296847 A JPH07296847 A JP H07296847A
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JP
Japan
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positive electrode
negative electrode
secondary battery
lithium secondary
battery
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JP6090838A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Miwa
俊之 美和
Nozomi Narita
望 成田
Hidetoshi Tanaka
秀敏 田中
Minoru Inagaki
稔 稲垣
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FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部短絡が生じて電池内部が急激に温度上昇
することを防止することができ、安全性を確保できるリ
チウム二次電池及びその製造方法を提供する。 【構成】 Li Co O2 とカーボン粉末とPTFEの水
性ディスパージョンとの混練物からなる正極1と、ポリ
プロピレン製セパレータ3と、リチウムのドープ,脱ド
ープが可能な黒鉛を有する負極2とを順次重ね合わせた
構造を有する発電要素に、エチレンカーボネートと1,
2−ジメトキシエタンとの混合溶媒に過塩素酸リチウム
(Li Cl O4 )を溶解した非水電解液を添加したリチ
ウム二次電池において、正極1または負極2を重量濃度
1%のフッ素系樹脂溶液中に浸漬することにより、正極
1または負極2の表面にフッ素樹脂(フルオロエチレン
ビニルエーテル交互共重合体)の薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、リチウム二次電池は高い電池電
圧および高エネルギー密度を得られることから、コンピ
ュータのメモリバックアップ用電源など、種々の分野で
の利用が考えられている。このようなリチウム二次電池
には、正極活物質としてLiCoO2 等のリチウム−金
属複合酸化物を用い、負極としてLiイオンをドープ,
脱ドープが可能な炭素質材料からなるリチウム担持体を
用い、シート状の正極と負極とをセパレータを介してス
パイラル状に巻回して負極端子部を構成する円筒状のケ
ース内に収装し、非水電解液を加えた上で封口したもの
があり、放電時においてはLiイオンが正極側に移行
し、充電時においてはLiイオンが負極側に移行するよ
うになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなリチウム二次電池にあっては、放電可能な電池が誤
って投棄されゴミ処理機等で潰されてしまうなど、何ら
かの原因で電池が外部から圧力を受けて圧縮されると、
電池内部のセパレータが損傷するなどして正極と負極と
が接触して内部短絡が生じてしまうことがあった。
【0004】この内部短絡が生じると、正極と負極との
接触面上で急激な電池電極反応が起きる他、電解液の分
解反応などが進行するために発熱して急激な温度上昇を
起こし、発火に至る可能性があった。
【0005】このような内部短絡による発熱現象の原因
の一つとしては、上記のような急激な電池電極反応によ
って反応熱が発生すると考えられているが、その温度が
急激に上昇する理由については現状では充分に解明され
ていない。そこで、本発明者らはその原因の一つとして
以下の反応メカニズムの存在を推定した。
【0006】即ち、前記正極及び負極表面上での電解液
の分解反応において、その反応過程で電池の内部空間や
セパレータなどに存在する酸素分子が関与して過酸化物
が生成され、この過酸化物が電解液の分解反応を促進さ
せる結果、さらに過酸化物が生成されて分解反応が進む
といった連鎖的な分解反応が急激に起きるため、この分
解反応に伴う発熱が急激に起きる。
【0007】この発明は前記の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、内部短絡が生じて電池内部が急激
に温度上昇することを防止することができ、安全性を確
保できるリチウム二次電池及びその製造方法を提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、リチウム−金属複合酸化物を有する正極
と、セパレータと、リチウムのドープ,脱ドープが可能
である炭素質材料を有する負極とを順次重ね合わせた構
造を有する発電要素に非水電解液を添加してなるリチウ
ム二次電池において、前記正極及び/または前記負極の
表面にイオン透過性高分子薄膜を形成してなるのであ
る。
【0009】ここで、前記イオン透過性高分子薄膜がフ
ッ素系樹脂からなることが望ましい。
【0010】また好ましくは、前記正極及び/または前
記負極を重量濃度1%のフッ素系樹脂溶液中に浸漬して
前記イオン透過性高分子薄膜を形成するのである。
【0011】
【作用】前記正極及び/または前記負極の表面にイオン
透過性高分子薄膜を形成したので、電池が圧縮されて正
極と負極とが接触しても、この薄膜は酸素分子を薄膜の
内側へ透過させないため正極及び負極表面上での酸素分
子の関与する反応は発生しない。したがって、この反応
に伴う発熱を防止できる。
【0012】また、この薄膜は高分子からなるため絶縁
性を有し、正極と負極とが接触しても、急激な電池電極
反応が防止されてこの電極反応による発熱も防止され
る。
【0013】さらに、この薄膜はイオン透過性を有して
おりLiイオンの透過を支障することがないため、本来
の電池電極反応を妨げることはない。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面を参
照して詳細に説明する。
【0015】図1は本発明による円筒形リチウム二次電
池の構造を示すものである。このリチウム二次電池は基
本的には従来と同様に、正極1,負極2の間にポリプロ
ピレン製多孔質フィルムからなるセパレータ3を挟んで
スパイラル状に巻回して発電要素を形成し、その上部に
前記正極1側に接続するチタン製正極リード板4を、下
部に前記負極2側に接続するニッケル製負極リード板5
を突出させた状態でポリプロピレン製絶縁板6aを介し
て有底筒形のケース6内に収装し、負極リード板5をケ
ース6の内底面中心にスポット溶接により接続し、また
安全弁付き正極端子板7の底部に正極リード板4をスポ
ット溶接し、その後非水電解液をケース6内に注液し、
正極端子板7をポリプロピレン製封口ガスケット8を介
してケース6の開口に嵌め付け、カシメ付けることによ
って完成されたものである。
【0016】前記正極1は以下のようにして作製する。
正極活物質であるLiCo O2 と、導電材であるカーボ
ン粉末と結着剤のPTFEの水性ディスパージョンとを
重量比で100:10:10の割合で混合し、水でペー
スト状に混練したものを集電体を構成する厚さ30μm
のアルミニウム箔の両面に塗着した後乾燥,圧延して所
定の大きさに切断して帯状の正極シートとし、この正極
シートを前記帯状の長手方向に直交して合剤の一部をか
きとり、ここに正極リード板4をスポット溶接する。
【0017】なお、正極活物質のLiCo O2 は酸化コ
バルト(Co O)と炭酸リチウム(Li2 CO3 )とを
モル比で2:1に混合し空気中で900℃,9時間加熱
したものを用いた。また、以上の材料の混合比率のうち
PTFEの水性ディスパージョンの割合はそのうちの固
形分の割合である。
【0018】この正極シートをフッ素樹脂(フルオロエ
チレンビニルエーテル交互共重合体)の重量濃度1%溶
液に浸積することにより、フッ素樹脂薄膜を正極シート
の表面に形成する。その後、このフッ素樹脂薄膜表面に
存在する水酸基が正極などに含まれるリチウムと不必要
な反応を起こすことを防止するため、このフッ素樹脂薄
膜が形成された正極シートを1,1,1,3,3,3−
ヘキサメチルジシラザンの蒸気中に放置してフッ素樹脂
薄膜表面の水酸基を除去することにより疎水処理を行
い、正極として完成する。
【0019】つぎに、前記負極2の作製方法を説明す
る。負極2は、リチウム担持体として黒鉛系の炭素粉末
と結着剤のPTFEの水性ディスパージョンとを重量比
で100:5の割合とし水でペースト状に混練したもの
を集電体を構成する厚さ20μm の銅箔の両面に塗着し
た後乾燥,圧延して所定の大きさに切断して帯状の負極
シートとし、この負極シートを前記帯状の長手方向に直
交して合剤の一部をかきとり、ここに負極リード板5を
スポット溶接する。
【0020】その後、前記正極シートと同様に、この負
極シートをフッ素樹脂(フルオロエチレンビニルエーテ
ル交互共重合体)の重量濃度1%溶液に浸積することに
より、フッ素樹脂薄膜を負極シートの表面に形成する。
その後、このフッ素樹脂薄膜が形成された正極シートを
1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザンの蒸
気中に放置してフッ素樹脂薄膜表面の水酸基を除去する
ことにより疎水処理を行い、負極として完成する。
【0021】また、前記非水電解液としては過塩素酸リ
チウム(Li Cl O4 )をエチレンカーボネートと1,
2−ジメトキシエタンとの1:1混合溶媒中に1モル/
lの割合で溶解したものを用いた。
【0022】以上のようにして作製したリチウム二次電
池の充放電サイクル特性を従来の同形電池ものと対比す
るため、比較例として正極と負極のシートにフッ素系樹
脂の薄膜を形成させない点以外は上記実施例と同様に形
成した電池を用いた。図2は、本発明の実施例に係る電
池と比較例に係る電池の充放電サイクル数に対する容量
変化をそれぞれグラフで示している。尚、この充放電サ
イクルは充電終止電圧4.1V、放電終止電圧3.0V
として100mAの定電流で行った。このグラフから明ら
かなように、本発明の電池と比較例の電池とでは充放電
サイクル特性はほとんど変わりがなく、本発明の電池の
正極及び負極の表面に形成されたフッ素樹脂薄膜はLi
イオンの透過を支障することがなく、本来の電池電極反
応を妨げることがないことがわかった。
【0023】つぎに、最初の充電終了後に上記実施例に
係る電池と比較例に係る電池を同一条件で経方向に圧縮
変形し、それらの電池の表面温度の変化を測定し、その
結果を図3に示した。尚、上記圧縮は万力を用いて行
い、電池の下半部分を経方向に1/2の大きさに圧縮し
た。この図3から明らかなように、比較例の電池は内部
短絡を起こして急激に発熱し温度上昇したのに対し、本
発明の電池は急激な発熱及び温度上昇を起こさず、徐々
に且つ若干、発熱及び温度上昇しただけにとどまり、発
火の可能性はほとんどないことがわかった。
【0024】これは、正極1および負極2の表面をフッ
素樹脂薄膜で被覆したことによって、セパレータ3が損
傷するなどして正極1と負極2とが接触しても内部短絡
が生じることが防止されて、正極1と負極2との接触面
上で急激な電池電極反応が起きて電解液の分解反応など
が進行することが防止されたためであり、特にこの分解
反応過程で関与する電池内部の酸素分子が正極1及び負
極2に接触することがフッ素樹脂皮膜によって妨げら
れ、この酸素分子の関与する急激な分解反応が防止され
たためと推定される。
【0025】なお、本実施例では、正極1及び負極2の
双方にフッ素樹脂薄膜を形成したが、正極1あるいは負
極2のどちらか一方だけに形成しても上記と同様の効果
が得られることが確認された。
【0026】また、本実施例では、イオン透過性高分子
薄膜としてフッ素樹脂を用いたが、Liイオンの透過を
支障することがなく本来の電池電極反応を妨げることの
ない高分子であれば他の材質でもよい。
【0027】さらに、本発明は、電池形状としては円筒
形(スパイラル型)のみでなく、例えばコイン形などの
偏平形電池にも適用でき、この場合も偏平型の正極また
は負極の表面にフッ素樹脂薄膜等の高分子薄膜を形成す
ればよい。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、正極及び/または負極の表面にイオン透過性高分
子薄膜を形成したので、電池が圧縮されて正極と負極と
が接触しても、この薄膜は酸素分子を薄膜の内側へ透過
させないため正極及び負極表面上での酸素分子の関与す
る反応は発生しない。したがって、この反応に伴う発熱
を防止できる。
【0029】また、この薄膜は高分子からなるため絶縁
性を有し、正極と負極とが接触しても急激な電池電極反
応が防止されてこの電極反応による発熱も防止される。
したがって、内部短絡による発火を防止でき、安全性を
向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係るリチウム二次電池の縦断面図で
ある。
【図2】本発明に係るリチウム二次電池の充放電サイク
ル特性と従来のものとを比較して示すグラフである。
【図3】本発明に係るリチウム二次電池の圧縮後の電池
表面温度と従来のものとを比較して示すグラフである。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 4 正極リード板 5 負極リード板 6 ケース 6a 絶縁板 7 正極端子板 8 封口ガスケット
フロントページの続き (72)発明者 稲垣 稔 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム−金属複合酸化物を有する正極
    と、セパレータと、リチウムのドープ,脱ドープが可能
    である炭素質材料を有する負極とを順次重ね合わせた構
    造を有する発電要素に非水電解液を添加してなるリチウ
    ム二次電池において、該正極及び/または該負極の表面
    にイオン透過性高分子薄膜を形成してなることを特徴と
    するリチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 前記イオン透過性高分子薄膜がフッ素系
    樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載のリチウ
    ム二次電池。
  3. 【請求項3】 請求項1のリチウム二次電池において、
    前記正極及び/または前記負極を重量濃度1%のフッ素
    系樹脂溶液中に浸漬して前記イオン透過性高分子薄膜を
    形成してなることを特徴とするリチウム二次電池の製造
    方法。
JP6090838A 1994-04-28 1994-04-28 リチウム二次電池及びその製造方法 Pending JPH07296847A (ja)

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