JPH08111219A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池

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JPH08111219A
JPH08111219A JP6245024A JP24502494A JPH08111219A JP H08111219 A JPH08111219 A JP H08111219A JP 6245024 A JP6245024 A JP 6245024A JP 24502494 A JP24502494 A JP 24502494A JP H08111219 A JPH08111219 A JP H08111219A
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JP
Japan
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electrode material
positive electrode
negative electrode
graphite
battery
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Withdrawn
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JP6245024A
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English (en)
Inventor
Toshikazu Maejima
敏和 前島
Koji Higashimoto
晃二 東本
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Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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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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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リチウムイオンのグラファイト層間への出入
りをスムースにして高率放電特性を向上させることがで
きるリチウムイオン二次電池を得る。 【構成】 正極材5と負極材7とを電解質層8を介して
積層する。負極材7として高配向性熱分解グラファイト
板を用いる。グラファイト板の結晶の層状構造のエッジ
面7bが正極材5と対向し、炭素網結晶層7aが正極材
5に向かって延びるようにグラファイト板を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリチウムイオン二次電池
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】リチウムを負極活物質として用いるリチ
ウム電池は、高いエネルギー密度を有している。この種
のリチウム電池に充放電を繰り返すと負極材にリチウム
が針状(デントライト状)に析出して内部短絡が生じる
という問題がある。内部短絡が生じると過大な電流が流
れ、温度が異常上昇し、電解液が揮発する。そして、電
池内圧が上昇し、最悪の場合には電池が破裂、爆発する
おそれがある。そこで特公昭62−23433号公報に
示されるようにリチウムイオン(負極活物質)を吸蔵す
る黒鉛(グラファイト)を負極材として用いることが検
討された。グラファイトは図6の概略図に示すように、
炭素原子101に形成された炭素網結晶層102…が積
層された層状構造を有している。グラファイトを負極材
として用いた電池では、正極材から伝達されるリチウム
イオン(負極活物質)を層状構造のエッジ面(炭素網結
晶層が延びる方向と直交する方向の結晶端面)103か
ら炭素網結晶層102…の間(層間)に進入させて電池
を充電し、リチウムイオン(負極活物質)を層状構造の
エッジ面103から放出させて正極材に伝達させて電池
を放電する。このようにグラファイトを負極材として用
いた電池では、充放電によりグラファイトの層間へリチ
ウムイオンが出入りするため、デンドライトの発生を抑
制でき、電池の充放電サイクル寿命を延ばすことができ
る。従来は、粉末状のグラファイト(グラファイト粉
末)を負極材として用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】グラファイトの層間へ
のリチウムイオンの出入りをスムースに行うには、炭素
網結晶層102が正極材に向って延びる(エッジ面10
3が正極材と対向する)ようにグラファイトを配置する
のが好ましい。しかしながら、グラファイト粉末を負極
材として用いると炭素網結晶層102の延びる方向が個
々の粉末により異なり、粉末によっては炭素網結晶層1
02が正極材に向って延びないものがある。そのため、
リチウムイオンのグラファイト層間への出入りがスムー
スに行われず、電池の高率放電による放電容量(高率放
電特性)が低下するという問題があった。
【0004】本発明の目的は、リチウムイオンのグラフ
ァイト層間への出入りをスムースにして高率放電特性を
向上させることができるリチウムイオン二次電池を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、正極材とグ
ラファイトからなる負極材とが電解質を介して積層され
てなるリチウムイオン二次電池を対象にする。本発明で
は、負極材としてグラファイト板を用い、層状構造のエ
ッジ面が正極材と対向するようにグラファイト板を配置
する。言い換えるならば、層状構造を構成する複数の炭
素網結晶層が正極材に向って延びるようにグラファイト
板を配置する。
【0006】炭素網結晶層が正極材に向って延びる角度
はリチウムイオンが炭素網結晶層の層間にスムースに入
り得る角度であればよい。炭素網結晶層が延びる方向に
延ばした仮想面と正極材とがなす角度θが90°の場合
に、リチウムイオンの吸蔵率が最も高くなる。この角度
θの許容範囲は45〜90°である。但しすべての炭素
網結晶層がこの範囲に入っていることを要するものでは
なく、一部の炭素網結晶層がこの範囲に入らない場合で
も、大多数の炭素網結晶層がこの範囲に入るのであれ
ば、本発明に包含される。
【0007】
【作用】本発明のように、負極材としてグラファイト板
を用い、層状構造のエッジ面が正極材と対向するように
グラファイト板を配置すると、炭素網結晶層が正極材に
向って延びるため、充放電によりリチウムイオンがグラ
ファイトの層間へ容易に出入りする。そのため、電池の
電池の高率放電特性を高めることができる。
【0008】
【実施例】
(実施例1)図1はコイン形リチウムイオン二次電池に
本発明を適用した実施例の概略断面図である。本図に示
すようにこの種のリチウムイオン二次電池は正極缶1と
負極缶2との間に電池要素部3が配置された構造を有し
ている。本実施例の電池の電池要素部3は図2の部分概
略図に示すように正極集電体4の片側の面に形成された
正極材5と負極集電体6の片側の面に形成された負極材
7とが電解質層8を介して積層されて構成されている。
正極材5はコバルト酸リチウム(LiCoO2)を主成
分とする正極活物質により形成されている。負極材7は
高配向性熱分解グラファイト板(HOPG)により形成
されており、炭素原子により形成された複数の炭素網結
晶層7a…が積層された層状構造を有している。負極材
7は炭素網結晶層7a…が正極材5に向って延びるよう
に(層状構造のエッジ面7bが正極材5と対向するよう
に)配置されている。本実施例では、炭素網結晶層7a
が延びる方向に延ばした仮想面と正極材5の負極材7と
対向する面5aとが交差する角度θは略直角になってい
る。なおこの角度θは45〜90°の範囲が好ましい。
本実施例のリチウムイオン二次電池は次のようにして
製造した。まずコバルト酸リチウム(LiCoO2 )7
0重量部とアセチレンブラック(AB)からなる導電助
材20重量部とポリテトラフロロエチレン(PTFE)
からなるバインダ10重量部とを混練して混練物を作っ
た。次にこの混練物をシート状に圧延した後にディスク
状に切断してペレットを作った。そして、このペレット
を正極缶1内にスポット溶接されたステンレス網からな
る正極集電体4上に載置して約25mAh の容量を持つ厚
み0.02mmの正極材5を形成した。そして正極缶1の
端部1a上にポリプロピレン製の環状ガスケット9を載
置した。
【0009】次に東洋炭素株式会社が販売する高配向性
熱分解グラファイト体を炭素網結晶層7aと直交する方
向に切断して厚みが約1mmの高配向性熱分解グラファイ
ト板(HOPG)を作った。高配向性熱分解グラファイ
ト板の厚みは0.01〜5mmが好ましい。高配向性熱分
解グラファイトとは、各炭素網結晶層が一定方向を向い
ているグラファイトである。このようなグラファイトを
用いると、リチウムイオンのグラファイトの層間への出
入りにばらつきが生じるのを防ぐことができる。そし
て、この高配向性熱分解グラファイト板(HOPG)を
負極缶2内に溶接されたステンレス箔からなる負極集電
体6上に載置して正極材5と同様に約25mAh の容量を
持つ負極材7を形成した。
【0010】次にLiClO4 を1モル/kgを溶解した
プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンと
を体積比1:1で混合して電解液を作った。そしてこの
電解液を正極材5の上に0.1ml滴下してから、正極材
5の上にポリプロピレン多孔膜からなるセパレータを配
置し、さらにセパレータ上に電解液を0.1ml滴下して
厚み0.03mmの電解質層8を形成した。
【0011】次に負極材7と電解質層8とが接合するよ
うに正極缶1と負極缶2とを重ね合わせてから、環状ガ
スケット9を間に挟むように正極缶1の端部1aを負極
缶2に対してかしめてリチウムイオン二次電池を完成し
た。
【0012】(実施例2)本実施例の電池は図2の概略
断面図に示すように、炭素網結晶層17aが延びる方向
に延ばした仮想面と正極材5の負極材17と対向する面
5aとが略45°の角度で交差するように負極材17が
配置されている。その他は実施例1と同じ構造を有して
いる。
【0013】(比較例1)本比較例の電池は、炭素網結
晶層が延びる面と正極材の負極材と対向する面とが平行
になるように、負極材が配置されており、その他は実施
例1と同じ構造を有している。
【0014】(比較例2)本比較例の電池は、グラファ
イト板の代りにグラファイト粉末を負極材として用いて
いるが、その他は実施例1と同じ構造を有している。こ
の負極材は、まず高配向性熱分解グラファイト板(HO
PG)を平均粒子径10μm に粉砕してグラファイト粉
を作り、このグラファイト粉とポリテトラフロロエチレ
ン(PTFE)とを9:1の重量比で混練して混練物を
作る。そして、混練物をシート状に圧延して作った。
【0015】次に上記各リチウムイオン二次電池を1 m
A/cm2 、20 mA/cm2 の電流密度でそれぞれ2Vまで放
電して各電池の放電容量を測定した。図4は1 mA/cm2
の電流密度で放電した測定結果を示しており、図5は2
0 mA/cm2 の電流密度で放電した測定結果を示してい
る。図4より1 mA/cm2 の電流密度の放電では、実施例
1及び2の電池も比較例1及び2もほぼ同じ容量である
が、図5より20 mA/cm2 の高率放電では実施例1及び
2の電池は比較例1及び2の電池に比べて高容量である
ことが分る。また実施例1の電池は実施例2の電池に比
べて高容量であることが分る。
【0016】なお上記各実施例では、非水電解液を電解
質として用いたが、固体電解質及び高分子マトリックス
に非水電解液を含有させたゲル状電解液を電解質として
用いた電池に本発明を適用できるのは勿論である。
【0017】以下、明細書に記載した複数の発明の中で
いくつかの発明についてその構成を示す。
【0018】(1) グラファイトからなる負極材とコ
バルト酸リチウムを主成分とする正極材とが電解質を介
して積層されてなるリチウムイオン二次電池において、
前記負極材として高配向性熱分解グラファイト板を用
い、前記グラファイト板は層状構造を構成する複数の炭
素網結晶層が前記正極材に向って延びるように配置さ
れ、前記複数の炭素網結晶層が延びる面と前記正極材の
前記負極材と対向する面とが交差する鋭角角度が45〜
90°であることを特徴とするリチウムイオン二次電
池。
【0019】(2) 前記高配向性熱分解グラファイト
板は0.01〜5mmの厚みを有していることを特徴とす
る上記(1)に記載のリチウムイオン二次電池。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、負極材としてグラファ
イト板を用い、層状構造のエッジ面が正極材と対向する
ようにグラファイト板を配置するので、炭素網結晶層が
正極材に向って延びる。そのため、充放電によりリチウ
ムイオンがグラファイトの層間へ容易に出入りし、電池
の電池の高率放電特性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 試験に用いたリチウムイオン二次電池の概略
断面図である。
【図2】 本発明の一実施例の電池の電池要素部の概略
断面図である。
【図3】 本発明の他の実施例の電池の電池要素部の概
略断面図である。
【図4】 試験に用いた電池を1 mA/cm2 の電流密度で
放電した際の各電池の放電容量の変化を示す図である。
【図5】 試験に用いた電池を20 mA/cm2 の電流密度
で放電した際の各電池の放電容量の変化を示す図であ
る。
【図6】 グラファイトの炭素構造を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
5 正極材 7 負極材 7a 炭素網結晶層 7b エッジ面 8 電解質層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極材とグラファイトからなる負極材と
    が電解質を介して積層されてなるリチウムイオン二次電
    池において、 前記負極材としてグラファイト板を用い、 前記グラファイト板は層状構造のエッジ面が前記正極材
    と対向するように配置されていることを特徴とするリチ
    ウムイオン二次電池。
  2. 【請求項2】 正極材とグラファイトからなる負極材と
    が電解質を介して積層されてなるリチウムイオン二次電
    池において、 前記負極材としてグラファイト板を用い、 前記グラファイト板は層状構造を構成する複数の炭素網
    結晶層が前記正極材に向って延びるように配置されてい
    ることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
JP6245024A 1994-10-11 1994-10-11 リチウムイオン二次電池 Withdrawn JPH08111219A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20020115