JPH0794211A - 電池および電池用極板の製造法 - Google Patents

電池および電池用極板の製造法

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JPH0794211A
JPH0794211A JP5234523A JP23452393A JPH0794211A JP H0794211 A JPH0794211 A JP H0794211A JP 5234523 A JP5234523 A JP 5234523A JP 23452393 A JP23452393 A JP 23452393A JP H0794211 A JPH0794211 A JP H0794211A
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幸正 丹羽
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正人 原田
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隆 米田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型軽量で耐過放電特性に優れた非水電解液
二次電池および電池用極板の製造法を提供する。 【構成】 リチウム含有複合酸化物からなる正極と、炭
素材からなる負極をそれぞれ長尺状の金属箔上に塗布し
て正極板、および負極板とし、これらをセパレータを介
して渦巻上に巻回した電池において、負極板の最外周に
相当する部分で、かつ正極板と対向しない、表裏面とも
金属箔の部分に金属リチウムを貼付する際、クサビ状の
鋭利な突起部を多数有する金型と平滑な面を有する金型
とでこの部分をはさみ込み、金属箔に形成した破突起で
金属リチウムを圧着加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、長尺状の極板の製造
法、ならびに前記極板を用いて構成した電極体を備えた
電池であり、詳しくは非水電解液二次電池、特にリチウ
ム二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウム二次電池としては正負極
に電気化学的にリチウムをインターカレーション/ディ
インターカレーションする化合物をそれぞれ用いた電池
系が提案されてきた。この電池では、充電時にリチウム
が析出することはなく、安全性が期待できると同時に、
急速充電特性にも優れていると考えられ、現在、研究開
発が活発に行われている。
【0003】この電池の正極活物質としては、遷移金属
のリチウム含有複合酸化物、すなわち層状構造を有する
LiMO2、あるいはスピネル構造を有するLiM
204(Mは遷移金属、例えば、コバルト、マンガン、ニ
ッケル、鉄など)などが、高電圧、高エネルギー密度を
有するものとして注目されている。
【0004】一方、負極活物質としては、層状構造を有
する炭素材が可逆的にリチウムをインターカレーション
/ディインターカレーションするものとして有望視され
ており、その炭素材の物性、構造とインターカレーショ
ン/ディインターカレーションにおける可逆性との関係
などについて検討が進められている。
【0005】しかし、この電池にはまだいくつかの課題
が残されており、その一つとして耐過放電特性の向上が
挙げられる。
【0006】最近のコードレス情報・通信機器には、電
源電池の浪費を避けるため、いわゆるオートパワーオフ
機能が搭載されている場合が多い。この機能はパワーオ
ン状態で、(1)機器は駆動していない、いわゆるポー
ズ状態で一定時間経過した場合、あるいは(2)機器は
駆動しており、電源電圧が設定下限電圧に到達した場
合、自動的にパワーオフ状態となるものである。このオ
ートパワーオフ機能が作動した状態のままでさらに放置
された場合、電池は回路負荷により放電し続け、やがて
電池電圧が0Vに到達する。したがって、このような過
放電後においても再充電すれば容量が回復する、いわゆ
る耐過放電特性に優れなければ電池の実用性は非常に低
いものとなる。
【0007】しかし、正極活物質として遷移金属のリチ
ウム含有複合酸化物を、負極活物質として炭素材をそれ
ぞれ用いた非水電解液二次電池の場合、このような過放
電後に電池を再充電しても容量がほとんど回復せず、し
かも、サイクルに伴う容量劣化が過放電前と比較して非
常に大きくなるという問題点がある。
【0008】これを解決する方法として、長尺状の負極
板の一部、具体的には負極板の最外周部に相当する部分
で、なおかつ正極板と対向しない、表裏面とも金属箔の
みの部分に金属リチウムを貼付し、電位差、あるいは濃
度差によりリチウムを炭素材中に拡散させ、負極の炭素
材に放電可能なリチウムを保持させる方法がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、負極板に貼付した金属リチウムが炭素材内に均一に
拡散し、過放電時に有効に作用するためには、金属リチ
ウムの金属箔への貼付の状態が適切であることが必要と
なる。このため、従来は金属リチウムを固定するのに粘
着材を塗布したテープで貼付したり、圧着を強固にする
のに金属箔の表面を凸凹にしたりするなどの方法をとっ
てきたが、手間と時間がかかるという問題があった。
【0010】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、従来の方法よりも容易に金属リチウムを金属箔
に固定できる非水電解液二次電池用極板の製造法であ
り、さらに、この製造法で作製した極板を使用すること
により耐過放電特性に優れた非水電解液二次電池を提供
するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明は、負極板の最外周に相当する部分で、な
おかつ正極板と対向しない、表裏面とも金属箔のみの部
分に金属リチウムを貼付する電池用極板の製造法であっ
て、前記金属リチウムは、クサビ状の鋭利な突起部を多
数有する金型上に載置された金属箔上にさらに載置し、
前記突起部を多数有する金型と平滑な面を有する金型と
ではさみ込み金属箔に圧着加工するものである。さら
に、上記方法で得られた負極板と、遷移金属のリチウム
含有複合酸化物からなる正極を長尺状の金属箔上に塗布
した正極板をセパレータを介して渦巻状に巻き回し構成
した電極体を用いた電池である。
【0012】
【作用】本発明の製造法を用いて、金属箔と金属リチウ
ムを重ねて、これをクサビ状の突起部を有する金型と平
滑な面を有する金型とで圧着加工すると、突起部により
形成された金属箔の破突起(ばり)で金属リチウムが固
定され、容易かつ強固で均一に貼り付けることができ
る。
【0013】また、本発明の負極板を使用した電池は、
負極の最外周に相当する部分で、なおかつ正極板と対向
しない、表裏面とも金属箔のみの部分に、金属リチウム
が強固かつ均一に貼り付けられているので、電極体の最
外周部分において、負極の炭素材中に放電可能なリチウ
ムを電位差、あるいは濃度差によって均一に拡散させる
ことができ、良好な耐過放電特性を得ることが可能とな
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
【0015】図1に本発明の円筒系リチウム二次電池の
構成縦断面図を示す。図1において、正極板1は炭酸リ
チウム(LiCO3)と四酸化三コバルト(Co3O4)
を混合して空気中において900℃で焼成したコバルト
酸リチウム(LiCoO2)を活物質とし、これに導電
剤としてアセチレンブラックを3重量%混合した後、結
着剤としてポリ4フッ化エチレン樹脂の水性ディスパー
ジョンを7重量%練合してペースト状とした合剤を、ア
ルミニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し、圧延
したものである。その端部には正極リード板4をスポッ
ト溶接している。正極板の寸法は、幅40mm、長さ25
0mm、厚さは0.170mmとした。
【0016】負極板2はメソフェーズピッチをアルゴン
雰囲気下において2800℃で熱処理した球状黒鉛を活
物質とし、結着剤としてポリ4フッ化エチレン樹脂の水
性ディスパージョン5重量%を練合してペースト状とし
た合剤2aを、厚さ0.03mmの銅箔2bの両面に塗
着、乾燥し、圧延したものである。その端部に負極リー
ド板5をスポット溶接している。負極板の寸法は、芯材
の厚みが0.03mmで、幅42mm、長さ270mm、厚さ
は0.205mmとした。さらに、負極板の最外周に相当
する部分で、なおかつ正極板と対向しない部分の負極で
ある球状黒鉛の合剤を除去し、銅箔を露出させた部分に
厚さ0.15mmの金属リチウム10を0.02g本発明
の製造法で圧着し、負極板を構成した。図2(a)に上
記の方法で作製した負極板の平面図(b)にその側面図
を示す。
【0017】これら正極板と負極板の間に、これらより
も幅広く裁断したポリプロピレンからなる多孔性フィル
ムのセパレータ3を介在して、全体を渦巻状に巻回して
電極体(極板群)を構成した。
【0018】次にこの極板群の上下部を温風で加熱し、
セパレータ3を熱収縮させた。そして極板群の下側に下
部絶縁リング6を装着し、電池ケース7に収容して負極
リード板5を電池ケース7にスポット溶接した。また極
板群の上側には、上部絶縁リング8を装着し、電池ケー
ス7の上部に溝入れした後、非水電解液を注入した。非
水電解液は、エチレンカーボネート(EC)およびジエ
チレンカーボネート(DEC)を体積比で1:1に混合
した溶媒中に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を
1モル/1の割合で溶解させたものを用いた。あらかじ
めガスケットが組み込まれた組立封口板9と正極リード
板4をスポット溶接した後、組立封口板9を電池ケース
7に装着し、カシメ封口して電池を構成した。この電池
の寸法は、外径14mm、総高50mm(単3形)である。
【0019】図3に金属リチウム10を負極板の最外周
に位置する金属箔露出部分に圧着する方法を示す。図3
において、A,Cは圧着金型であり、金型Aは前記金属
箔2bにくい込むクサビ状突起部Bを有し、金型Cは前
記金属リチウム10に当接する平滑面を有する金型であ
り、金型A,C間に負極板をはさみ込んで金属リチウム
を金属箔に圧着加工するものである。クサビ状突起部B
はその先端形状においてエッジ角θが10〜120℃を
保ち、エッジ部の高さをh1、金属箔の厚みをh2とした
時、h1/h2=2〜50を満足するよう設計加工されて
いる。この突起部Bが銅箔26および金属リチウム10
へくい込むことで銅箔は突起部に相似の破突起が形成さ
れ、これがリチウム10を貫通して圧着かしめに寄与す
る。
【0020】このような負極板の銅箔に金属リチウムを
圧着する方法の作業性についての比較を以下の方法で行
った。前記の本発明による圧着方法と、従来例として負
極板の金属箔露出部分の金属リチウムを圧着する箇所を
予め紙ヤスリにて凹凸面になるよう加工し、ここに金属
リチウムを金槌で叩いて圧着する方法とを、サンプル数
1000個を製作するのに要した延べ時間で示した。
(表1)にこの結果を示す。
【0021】
【表1】
【0022】この結果から従来の方法では17.5時間
かかっていたものが、本発明の方法では2.7時間とな
り、大幅な時間削減を行えることが確認できた。
【0023】次に、金属箔に金属リチウムを圧着加工す
る金型のクサビ状突起部の先端形状のエッジ角θ、およ
びエッジ部の高さに関して、金属箔とリチウムとの間の
浮き、剥離現象の確認、および電池として構成したとき
の耐過放電特性の検討を行った。金属箔とリチウムとの
間の浮き、剥離現象の有無は、本発明の方法を用いて
(表2)に示す条件で作製した負極板を渦巻状電極体と
して構成した後これを解体し、目視により比較して、浮
き、剥離など密着異常の認められた数を100分率で示
した。サンプル数は各1000個で実施した。また、耐
過放電特性の測定は、(表2)に示す条件で作製した負
極板を用いてそれぞれ電池各10個を作製し、20℃、
1KΩの抵抗に3週間接続することで過放電し、その
後、再充電を行った時の容量を過放電前を100として
比較した。これらの結果を(表2)に示す。
【0024】
【表2】
【0025】この結果から、エッジ角θは10〜120
゜の範囲、金型のクサビ状突起部の高さをh1、金属箔
の厚みをh2とした時、h1 /h2=2〜50の範囲にあ
ることが最も望ましく、浮き、剥離の発生率が低く、耐
過放電特性も良好であった。これは、エッジ角θが10
゜以下であれば、先端がきわめて鋭利となり、金属箔2
bが金属リチウム10を貫通してこれを圧着する以前に
金属箔が破れてしまい、密着度が悪くなる。逆にエッジ
角θが120゜以上の場合は、金属箔が金属リチウムに
余りくい込まないため密着力が作用しなくなる。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属箔に
金属リチウムを容易に圧着でき、負極の炭素材中にリチ
ウムを拡散保持させて放電可能なリチウムを均一、かつ
強固にもたせることにより、耐過放電特性を著しく向上
させた非水電解液二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の円筒形リチウム二次電池の構成を示す
縦断面図
【図2】(a)負極板の平面図 (b)同側面図
【図3】本発明の製造法による金属リチウムの圧着方法
を示す略図
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 2a 負極合剤 2b 金属箔 3 セパレータ 4 正極リード板 5 負極リード板 6 下部絶縁リング 7 電池ケース 8 上部絶縁リング 9 組立封口板 10 金属リチウム A クサビ状突起部を有する圧着金型 B 突起部 C 平滑面を有する圧着金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 雅規 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極は遷移金属のリチウム含有複合酸化物
    を、負極は炭素材をそれぞれ長尺状の金属箔上に塗布し
    て正極板および負極板とし、この両極板を間にセパレー
    タを介在して渦巻状に巻回した電極体を備え、負極板は
    その最外周に相当する部分でなおかつ正極板とは対向し
    ない、表裏面とも金属箔のみの部分に金属リチウムを貼
    付し、この金属リチウムは、金属箔に設けたクサビ状の
    多数の破突起部が貫通して金属箔自体に圧着加工されて
    いる電池。
  2. 【請求項2】長尺状の金属箔上に炭素材を塗布した極板
    において、対極とは対向しなく、表裏面とも金属箔のみ
    の部分に金属リチウムを添えて、この金属リチウムを添
    えた金属箔部分をクサビ状の鋭利な突起部を多数有する
    金型上に載置し、この突起部を多数有する金型と平滑な
    面を有する金型とで圧着加工する電池用極板の製造法。
  3. 【請求項3】金型のクサビ状突起部の高さをh1、金属
    箔の厚みをh2とするとき、h1/h2=2〜50である
    請求項2記載の電池用極板の製造法。
  4. 【請求項4】金型のクサビ状突起部のエッジ角θが10
    〜120゜である請求項2記載の電池用極板の製造法。
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