JPH08138726A - 積層型リチウム二次電池 - Google Patents

積層型リチウム二次電池

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JPH08138726A
JPH08138726A JP6273423A JP27342394A JPH08138726A JP H08138726 A JPH08138726 A JP H08138726A JP 6273423 A JP6273423 A JP 6273423A JP 27342394 A JP27342394 A JP 27342394A JP H08138726 A JPH08138726 A JP H08138726A
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JP
Japan
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laminated
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lithium secondary
layer
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JP6273423A
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Koji Hattori
康次 服部
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0459Cells or batteries with folded separator between plate-like electrodes
    • 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
    • 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 集電体リボンを使用することなく、電池の機
械的強度を確保し、重量及び体積エネルギー密度が高
く、電池容量のシリーズ化が容易なリチウム二次電池を
得ること。 【構成】 セパレータの片面に積層された活物質層を、
該活物質層で内部電極層を挟むように二つ折りした構造
を有する正負両極ユニットを交互に積層する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は積層型リチウム二次電
池、特に、重量及び体積エネルギー密度が高く電池容量
のシリーズ化が容易なリチウム二次電池の構造に関する
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、集電
体リボン上に正極活物質層を形成してなる正極と、集電
体リボン上に負極活物質層を形成してなる負極とをセパ
レータを介在させて積層し、その三層構造のシートを巻
き上げたロール型、あるいは前記三層構造のシートを多
段に折り畳んだ積層型構造のものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
造のリチウム二次電池では、電池の機械的強度を確保す
るため金属製集電体リボンを使用しなければならず、電
池の単位重量及び単位体積当たりの電池容量が低下する
という問題がある。また、電池容量のシリーズ化を図る
ため、例えば、電圧を一定とし電池容量のみの異なる多
様な電池を製造するためには、電池容量に応じてロール
に巻く長さや折り畳む長さを調節しなければならず、必
然的に、量産化によるコストダウンが期待できないとい
う問題がある。
【0004】従って、本発明は、集電体リボンを使用す
ることなく、電池の機械的強度を確保し、重量及び体積
エネルギー密度が高く、電池容量のシリーズ化が容易な
リチウム二次電池を得ることを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を達
成する手段として、セパレータの片面に積層された活物
質層を、該活物質層で内部電極層を挟むように二つ折り
した構造を有する正負両極ユニットを交互に積層するよ
うにしたものである。
【0006】前記構造の積層型リチウム二次電池は、例
えば、第1セパレータの片面に正極活物質層を積層し、
その表面に内部電極層を形成した後、該内部電極層を内
側にして二つ折りして正極ユニットを形成する一方、第
2セパレータの片面に負極活物質層を積層し、その表面
に内部電極層を積層した後、該内部電極層を内側にして
二つに折り畳んで負極ユニットを形成し、前記正極ユニ
ットと負極ユニットとを交互に積層し、積層体の相対す
る一対の端面に外部電極を形成し、両外部電極を前記端
面にそれぞれ導出される正負両極ユニットの内部電極に
接続することにより製造することができる。なお、正負
両極ユニットの内部電極層は、必ずしも活物質層の表面
全体に積層されている必要は無く、活物質層の表面の半
分にのみ形成するようにしても良い。この場合、折り曲
げてユニット化した場合、内部電極層が単層となるた
め、ユニット全体としては5層構造となる。
【0007】前記正極活物質としては、金属酸化物又は
複合酸化物の他、TiS2やMoS2などの一般式:MX2
で表される遷移金属ジカルコゲナイド、NbSe3などの
一般式:MX3で表される遷移金属トリカルコゲナイド
など任意のものを使用できるが、酸化物又は複合酸化物
を使用するのが好適である。代表的な酸化物系活物質と
しては、Fe23、MnO2、CuO2、V25、V613
LiNixCo1-x2(x=0〜1)及びLixMn2
4(x=0〜2)を使用するのが好適である。また、好
ましい実施態様においては、正極活物質は5μm以下の
粒径をもつものが使用される。
【0008】前記負極活物質としては、金属リチウムの
他、グラファイトが採用されるが、本発明においては、
通常、薄膜の形態で使用される。
【0009】また、セパレータとしては、ポリプロピレ
ンやポリエチレンなどポリオレフイン系樹脂を繊維化し
て得た不織布、クロスあるいはポリオレフイン系樹脂フ
イルムに多数の微細孔を設けたものなどの他、公知の任
意のものを使用でき、市販品では、例えば、セルガード
2501、セルガード2502(商品名、ダイセル化学
工業(株式会社))などが挙げられる。
【0010】
【作用】正極及び負極をそれぞれ、セパレータの片面に
活物質層及び内部電極を順次積層し、その内部電極が内
側になるように二つ折りにしたユニット構造にすること
により、セパレータが電極の補強材として機能し、ま
た、集電体としての内部電極を薄膜化し、それを両側か
ら活物質層で挟んだ構造にすることにより単位重量及び
単位体積当たりのエネルギー密度が高められる。更に、
正極及び負極が個々にユニット化されているため、単に
積層数の増減だけで電池容量のシリーズ化が行われる。
【0011】
【実施例】次に、添付の図面を参照して本発明に係る積
層型リチウム二次電池の実施例について説明すると、こ
の積層型リチウム二次電池は、図1に示すように、複数
の正極ユニット2と負極ユニット6との積層体1からな
り、その積層体1の相対する一対の端面には後述する正
極ユニット2及び負極ユニット6の内部電極5、9がそ
れぞれ導出され、その端面に形成された外部電極10、
11に接続されている。
【0012】図2に示すように、正極ユニット2は、セ
パレータ3と、その片面に形成された正極活物質層4
と、その表面に積層された内部電極層5とからなり、内
部電極層5を内側にして二つに折り畳まれた構造有して
いる。同様に、負極ユニット6はセパレータ7と、その
片面に積層された負極活物質層8と、その表面に積層さ
れた内部電極層9とからなり、内部電極層9を内側にし
て二つに折り畳まれた構造を有している。前記正負両極
ユニット2、6は、正極ユニット2の内部電極5が積層
体の一端側表面に導出し、その他端側表面に負極ユニッ
ト6の内部電極層9が導出するように交互に積層され、
積層体を構成している。
【0013】前記構造の積層型リチウム二次電池を次の
ようにして製造した。まず、正極活物質原料としてLi
NiO2を用意し、これを導電剤としてのアセチレンブラ
ック及び結着剤としてのポリ4フッ化エチレン(PTF
E)と重量比100:5:5の比率で混合して正極合剤
とし、これをロールプレス法によりPETフイルム上で
ロールプレスして62μm厚の正極活物質シート(正極活
物質:充填率:0.5、理論密度:5.0g/cm3)を得た。
また、これとは別に、負極活物質としてグラファイトを
用意し、これをPTFEと重量比100:10の比率で
混合し、ロールプレス法によりPETフイルム上でロー
ルプレスして70μm厚の負極活物質シート(負極活物質
充填率0.5、理論密度:2.0g/cm3)を得た。
【0014】次いで、正負両極活物質シートを4×12
cmの短冊状に打ち抜き、それぞれ厚さ25μmのセパレ
ータ(セルガード2501:商品名、ダイセル化学工業
株式会社、比重:0.5g/cm3)に転写した。正極活物質
層の表面にアルミニウムを1μmの厚さにスパッタして
内部電極層(比重2.7g/cm3)を形成する一方、負極活物
質層の表面に銅を1μmの厚さにスパッタして内部電極
層(比重8.9g/cm3)を形成して、それぞれ三層構造の正
負両極を内部電極層を内側にして半分に折り曲げて圧着
し、正極ユニット2及び負極ユニット6を作成した。
【0015】次に、負極ユニット6の上に正極ユニット
2を載せ、その上に負極ユニット6を載せるという順序
で、正負両極を交互に38枚積層し、その下端に位置す
る負極ユニット面上には正極を折り曲げずにそのまま半
分にカットしたものを、また、上端の正極ユニット面上
には負極を折り曲げずにそのまま半分にカットしたもの
をそれぞれ積層して、20対の正負両極からなる積層体
1を得た。この積層体1の正極ユニット2及び負極ユニ
ット6の内部電極5、9がそれぞれ露出している相対す
る両端面に外部電極10、11を形成し、これをバッテ
リー容器12に収納した。次いで、プロピレンカーボネ
ート(PC)と、1,2−ジメトキシエタン(DME)
の容積比1:1の混合溶媒に過塩素酸リチウム(LiCl
4)を1モル/Lで溶解させた非プロトン性有機電解液
をバッテリー容器に充填してセパレータ3、7に浸透さ
せ、その後、容器を密閉してリチウム二次電池(重さ
1.3g、厚さ0.18mm)を得た。
【0016】得られた二次電池について、充電電流密度
3C(即ち、1/3時間で電池を完全に充放電できる電流
密度)、放電電流密度1C(即ち、1時間で電池を完全に
充放電できる電流密度)、充電終止電圧:4.3V、放電
終止電圧2.75Vの条件下で充放電試験を行ったとこ
ろ、平均動作電圧を3.6Vで、パッケージングを含め
た電池の単位重量当たりの容量は100Wh/kg、単位容
積当たりの容量は350Wh/Lであり、一層当たり50
mAhの容量であった。また、前記二次電池は、パッケー
ジ無しでは、平均動作電圧が3.6Vでは、前記二次電
池は単位重量当たりの容量が139Wh/kg、単位容積当
たりの容量が410Wh/Lであり、市販のLiイオン電
池(単位容積容量:220Wh/L)に比べて体積エネル
ギー密度が2倍程度であった。
【0017】なお、前記実施例では、正負両極を対とし
て交互に積層し、その上下両端に折り曲げずに半分にカ
ットした異極層を積層しているが、必ずしも折り曲げず
にそのまま半分にカットした正負両極を使用する必要は
無く、正負両極ユニットを交互に所要数だけ積層したも
のであっても良いことは言うまでもない。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、正極と負極とをそれぞれ、セパレータの片面
に活物質層及び内部電極を積層し、各内部電極を内側に
して二つ折りにした構造を有するユニットにしたので、
積層数を増減するだけで容易に電池容量をシリーズ化す
ることができると同時に、体積エネルギーを従来のもの
に比べて2倍程度に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るリチウム二次電池の概略断面図
である。
【図2】 図1のリチウム二次電池の正負両極の構造を
示す斜視図である。
【符号の説明】
1 積層体 2 正極ユニット 3 セパレータ 4 正極活物質層 5 内部電極層 6 負極ユニット 7 セパレータ 8 負極活物質層 9 内部電極層 10 外部電極 11 外部電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極ユニットと負極ユニットを交互に積
    層した積層体からなり、各ユニットが、セパレータと、
    その片面に積層された活物質層と、該活物質層上に積層
    された内部電極層とからなり、前記内部電極層を内側に
    して二つに折り畳まれた構造を有することを特徴とする
    積層型リチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 前記内部電極層が前記セパレータの片面
    全体に積層された活物質層の全面に積層されている請求
    項1記載の積層型リチウム二次電池。
  3. 【請求項3】 前記内部電極層が前記セパレータの片面
    全体に積層された活物質層の表面の半面に積層されてい
    る請求項1記載の積層型リチウム二次電池。
JP6273423A 1994-11-08 1994-11-08 積層型リチウム二次電池 Pending JPH08138726A (ja)

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