JPH08273698A

JPH08273698A - リチウム二次電池

Info

Publication number: JPH08273698A
Application number: JP7072944A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nagura; 秀哲名倉; Kohei Yamamoto; 浩平山本; Yoshiro Harada; 吉郎原田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】捲回した電極の内部から外部へのリチウムイ
オンの経路を完全に遮断して負極缶内面及びリード板の
表面にリチウム金属の偏析を防止し、放電容量を増大す
ることのできるリチウム二次電池を提供する。【構成】セパレータ（１）の周方向外端縁部を電極
（２）の最外周長より一周分以上長く形成する。セパレ
ータの上下端部であってシート状電極（２、３）の縦幅
を超える部分相互間を電解液に溶解しない粘性接着剤
（４）で接着する。セパレータの周方向外端部の内面を
セパレータの内側の電極と電解液に溶解しない粘性接着
剤を介して接着すると共にセパレータの周方向端縁部で
相互に重畳する部分を電解液に溶解しない粘性接着剤
（４）を介して接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、正極活物質としてリ
チウムー金属複合酸化物を用い、負極としてリチウムイ
オンをドープ、脱ドープが可能な炭素材料を用い、正負
シート状電極間にそれら電極の縦幅より広い縦幅を有す
るセパレータを挾むと共にこれらを捲回して捲回形電極
を形成し、この捲回形電極内に非水電解液を含浸させて
なるリチウム二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のタイプのリチウム二次電池におい
ては、充放電サイクルに伴ってリチウムの溶解・析出が
繰り返され、やがて負極上に針状にリチウムデンドライ
トが生成されて、電池寿命を損なうとともに内部短絡の
原因となっていた。

【０００３】このデンドライトの析出を防止するため、
上記のように捲回した電極とこれを収納する負極缶並び
にリード板との間におけるイオン電導を遮断する構造が
提案されている。

【０００４】これら従来の構造では、捲回形電極の上下
端部については、捲回形電極を構成するセパレータの縦
幅をシート状正負極の縦幅よりも広くして、両電極を越
えるセパレータの上下端部を加熱することによって中心
方向に順次折り畳みまたはその上に円板上の絶縁板を載
置することが行われている。また、捲回形電極の周方向
外端部については、粘着テープを巻き付けたり或いはチ
ューブを被せるなど提案されている。

【０００５】またこれとは別に負極缶内面へのデンドラ
イトの生成を防止するために負極缶内を塗装することも
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造においてセパレータの上下端部を加熱によって
中心方向に折り畳んだり、その上に絶縁板を載置する構
造では、捲回形電極の内部から外部に至るイオンの経路
を完全に遮断することはできず、負極缶内面或いはリー
ド板表面にリチウムの析出が生ずる原因となっていた。
また、捲回形電極の周方向外端部に粘着テープを巻き付
ける構造ではテープとセパレータとを接合する工程が必
要になり、またチューブを被せる構造でもかなり面倒な
作業が必要となる。また、負極缶内面を塗装する構造で
はコスト高となると言った問題があった。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、その目的は極めて簡単にして低コストな
構成により、捲回した電極の内部から外部へのリチウム
イオンの経路を完全に遮断して負極缶内面及びリード板
の表面にリチウム金属の偏析を防止し、放電容量を増大
することのできるリチウム二次電池を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のリチウム二次電池では、セパレータの周方
向外端縁部を電極の最外周長より一周分以上長く形成
し、セパレータの上下端部であってシート状電極の縦幅
を超える部分相互間を電解液に溶解しない粘性接着剤で
接着し、また、セパレータの周方向外端部の内面をセパ
レータの内側の電極と電解液に溶解しない粘性接着剤を
介して接着すると共にセパレータの周方向端縁部で相互
に重畳する部分を電解液に溶解しない粘性接着剤を介し
て接着してなるのである。

【０００９】そして、好ましくは、セパレータをその捲
回長が前記電極より充分に長い第１のセパレータと前記
電極より僅かに長く該第１のセパレータより短い第２の
セパレータとし、第１のセパレータの内端と該第２のセ
パレータの内端とは該両電極の内端を越えて捲回始端側
に延出すると共に該電極の一方の内端を挾んで相互に電
解液に溶解しない粘性接着剤によって接着し、第１のセ
パレータの前記周方向外端縁部に前記電解液に溶解しな
い粘性接着剤を塗布してなることである。

【００１０】

【作用】上記の構成により、捲回した捲回形電極はその
軸方向両端部並びに周方向外端部が電解液に溶解しない
粘性接着剤によって完全に密封された形となり、捲回し
た捲回形電極内の電解液は外部の負極缶との間でイオン
電導を生じなくなるため、リチウムデンドライトの生成
は完全に阻止される。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に使用される第１のセパレータ
の正面図で、図２はこの第１のセパレータと第２のセパ
レータならびにシート状正極板と負極の捲回前の状態を
平面で示し、図３には図２の電極をセパレータを介して
捲回した状態を平面で示している。

【００１２】図１において、１は第１のセパレータを示
し、このセパレータの上下端縁部並びに左右端縁部で斜
線を施した部分はシート状正極２並びに負極３よりも大
きく形成された部分を示し、これらの上下並びに左右の
端縁部には後述する電解液に溶解しない粘性接着剤４が
塗布されている。一例を挙げると、セパレータ１として
縦幅４０ｍｍのポリプロピレン製マイクロポーラスフィ
ルムを用い、上下端は縦幅各２ｍｍ、巻き始め端は横幅
１５ｍｍ，巻き終わり端は横幅５０ｍｍの幅に上記粘性
接着剤としてポリイソブチレンを塗布することである。
なお、このセパレータの巻き始め端と巻き終わり端にお
ける粘性接着剤の塗布面は図２に示すように相互に逆の
面にすることである。

【００１３】シート状正極２及び負極３の寸法は、図１
におけるセパレータ１の粘性接着剤４で囲まれた部分に
相当する寸法である。シート状正極板としては、例え
ば、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂に導電剤とバイン
ダーを混合して作成した粉体をペースト状にしてアルミ
ニウム板に塗布・乾燥したものを用いる。またシート状
負極３としては、例えば、Ｌｉのドープ、脱ドープが可
能である炭素質材料を導電剤とフッ素系バインダーで作
成した粉体をペースト状として銅板に塗布・乾燥したも
のを用いる。

【００１４】上記のシート状正極２と負極３とを図２に
示すように配置し、シート状正極２を第１のセパレータ
１と第２のセパレータ５とで挾持するようにする。第２
のセパレータ５は第１のセパレータと同じ縦幅を有する
が、その長さは第１のセパレータ１より短いがシート状
正極２及び負極３より若干長くする。第２のセパレータ
５は第１のセパレータ１と同様に正負極２、３の内端を
越えて巻き始め端側に延出し、第２のセパレータの内端
部には第１のセパレータ１に対向する面側に上記と同様
の粘性接着剤４を塗布する。

【００１５】その後、図２に示す配置の正負極２、３な
らびに第１と第２のセパレータ１、５を重ね合わせて図
３に示すように捲回し、捲回形電極を作成した。この捲
回形電極の中心軸部６においては粘性接着剤がセパレー
タ１、５相互間でリング状に接着し、外周部においては
第１のセパレータの粘性接着剤４が内面側に位置してそ
の内側の負極３の外面に密着するとともに末端部におい
て第１のセパレータは相互に重なり合いその重なった部
分は粘性接着剤によって接着されている。尚、図３にお
いては、図示の便宜上および図の複雑化を避けるために
捲回したセパレータ並びに電極間の間隔は開けて示した
が実際の製品ではこのような間隔はなく相互に密着して
いる。

【００１６】図３のように捲回して接着した電極の軸方
向端部は開放した状態にあり、ここから捲回形電極の内
部のみに非水電解液を真空注液する。

【００１７】次いで図４に示すように、捲回形電極の開
放した軸方向端部に熱風噴射ノズル７から熱風を吹付
け、これによって正負極より縦方向外方に突出している
セパレータ１、５の端部を半径方向内側に折り畳まれる
と共にその間に介在する粘性接着剤４によって接着す
る。なお、図４には上記熱風を利用した接着操作は捲回
形電極の上方端部についてのみ示されているが、この操
作は電極を反転して下方端部についても施す。

【００１８】上記のようにして形成した捲回形電極は、
図５の半断面図に示すように、その軸方向上下端部側も
電解液に溶解しない粘性接着剤に４によって接着され密
閉された状態となる。

【００１９】このように本発明では電解液は捲回形電極
の内部に密閉された状態となるため、充電時にリチウム
イオンが負極缶内面とかリード線の表面に析出すること
はなく、全て負極カーボン中に吸蔵されることとなる。
このため、充電時にカーボン負極の電位をＬｉ／Ｌｉ⁺
に対してほぼ０ボルトまたはそれ以下にまで下げてカー
ボンのリチウム吸蔵量を増やすことができる。

【００２０】これに対し、従来の捲回形電極の内部が外
部に対して密閉されておらずリチウムイオンが負極缶内
面とかリード線の表面に析出する可能性がある電池で
は、充電時にカーボン負極の電位をＬｉ／Ｌｉ⁺に対し
て０ボルトまで下げることはできず３０ｍＶ程度に留め
る必要があり、カーボンのリチウム吸蔵量は本発明のも
のよりも少なくなってしまう。この関係を図６に示す。
さらに初期の充放電におけるロス容量の割合（放電容量
／初充電容量）が大きくなり、充放電において有効に使
われるリチウムが少なくなる。

【００２１】即ち、本発明の電池と従来の電池とを比較
すると、本発明ではカーボン単位量当たりのリチウム吸
蔵量を従来の電池より増やすことができるので、負極カ
ーボンの量を従来より減らし、正極合剤の量を従来の電
池より増やして放電容量の増大を図ることができる。

【００２２】以下に本発明に係る電池（本発明品）と従
来の電池の放電容量の比較結果を示す。

【００２３】本発明に係る電池の正極板は次のようにし
て作成した。正極活物質として、ＬｉＣｏＯ₂を８６重
量％、導電剤としての黒鉛及びアセチレンブラックをそ
れぞれ４重量％、バインダーとしてのポリフッ化ビニリ
デンを６重量％混合して作成した粉体に、Ｎ−メチルー
２ーピロリジノンを１００：１２０の割合で混合し混練
した。このようにして得られた正極活物質のスラリー
を、２０ミクロンのアルミニウム箔に塗布し、８０℃で
１時間熱風乾燥炉内で乾燥させ、その後圧延して正極板
を得た。尚、正極活物質の全重量は５ｇとなるようにし
た。

【００２４】また、本発明に係る電池の負極板は次のよ
うにして作成した。リチウムイオンのドープ、脱ドープ
が可能である炭素質材料として、０ボルト近くで容量の
大きなアモルファスカーボンを７０重量％導電剤として
のアセチレンブラックを１０重量％フッ素系バインダー
を２０重量％混合して作成した粉体にＮ−メチルー２ー
ピロリジノンを１００：１２０の割合で混合し混練し
た。このようにして得られた負極合剤のスラリーを１０
ミクロンの銅板に塗布して、１５０℃、３０分間真空乾
燥炉中で乾燥させて負極板を作成した。尚、負極合剤の
全重量は２ｇとなるようにした。

【００２５】以上のようにして得られた正極板２及び負
極板３の間にポリプロピレン製マイクロポーラスフィル
ムからなる第１及び第２のセパレータ１、５を介装し
た。セパレータ１、５、正極板２、負極板３の形状及び
寸法は図１及び２に関連して説明したとおりである。第
１のセパレータ１の上下端部並びに巻き始め端と巻き終
わり端及び第２のセパレータ５の巻き始め端には粘性接
着剤としてポリイソブチレンが図１および図２に関連し
て説明したように塗布され、図３に示すように捲回され
た。

【００２６】次いで、エチレンカーボネイトとジエチル
カーボネイトとの混合液にＬｉＢＦ₄を１ｍｏｌ／ｌ溶
解して得られた非水電解液を上記のように捲回した電極
に真空注液を行い、付着している電解液を振り切った後
に図４に示すように熱風を利用して接着した。この捲回
形電極を負極缶に収装して公知の方法で電池を組み立て
た。

【００２７】一方、比較例としての従来品の電池は本発
明の上記電池と同様の素材を用い同様な方法で正極板、
負極板を作成した。但し、正極合剤、負極合剤の全重量
については、従来の正極合剤と負極合剤の重量比率２：
１に従いそれぞれ４．２ｇ、２．１ｇとした。またセパ
レータについてはその縦幅は本発明と同様に正極板並び
に負極板よりも長く形成したが、その横方向の長さにつ
ては正極板並びに負極板とほぼ同じ長さとした。また、
セパレータの上下端ならびに巻き始め及び巻き終わり端
には本発明の粘性接着剤を用いていない。その他の点は
上記本発明品と同様にして組み立てた。

【００２８】以下に本発明品の電池と従来品の電池５個
の放電容量の比較を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明のリチウム二次電
池では、電解液が捲回形電極の内部に閉じこめられ、そ
の外部へＬｉイオンの流通が生じることがないためリチ
ウムイオンが負極缶内面或いはリード板表面に析出して
電池の容量低下をきたしたり内部短絡を生じさせる恐れ
はない。

【００３１】これにより本発明の電池では、充電時にカ
ーボン負極の電位をＬｉ／Ｌｉ⁺に対してほぼ０ボルト
まで下げてカーボンのリチウム吸蔵量を増やすことがで
きるので、従来よりも電池内の正極活物質の含有量を増
やすことが可能となり、さらに初期の充放電効率が高く
なり、その結果として電池の放電容量の増大を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用される第１のセパレータの正面
図。

【図２】第１のセパレータと第２のセパレータならびに
シート状正極と負極の捲回前の状態を示す平面図。

【図３】図２の電極をセパレータを介して捲回した状態
を示す平面図。

【図４】図３の捲回した電極の軸方向端部を密閉する工
程を示す斜視図。

【図５】図４の工程を経て密閉された電極の半断面図。

【図６】アモルファスカーボンのＬｉ吸蔵量と電位の関
係を示すグラフ。

【符号の説明】

１第１のセパレータ２シート状正極３シート状負極４粘性接着剤５第２のセパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質としてリチウムー金属複合酸
化物を用い、負極活物質としてリチウムイオンをドー
プ、脱ドープが可能な炭素材料を用い、正負シート状電
極（２、３）間にそれら電極の縦幅より広い縦幅を有す
るセパレータ（１、５）を挾むと共にこれらを捲回して
捲回形電極を形成し、該電極内に非水電解液を含浸させ
てなるリチウム二次電池において、該セパレータ（１）
の周方向外端縁部を該電極の最外周長より一周分以上長
く形成し、該セパレータの上下端部であって該シート状
電極（２、３）の縦幅を超える部分相互間を該電解液に
溶解しない粘性接着剤（４）で接着し、該セパレータの
該周方向外端部の内面を該セパレータの内側の該電極と
該電解液に溶解しない粘性接着剤を介して接着すると共
に該セパレータの該周方向端縁部で相互に重畳する部分
を該電解液に溶解しない粘性接着剤（４）を介して接着
してなることを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】前記セパレータはその捲回長が前記電極
（２、３）より充分に長い第１のセパレータ（１）と前
記電極より僅かに長く該第１のセパレータより短い第２
のセパレータ（５）とからなり、該第１のセパレータの
内端と該第２のセパレータの内端とは該両電極の内端を
越えて捲回始端側に延出すると共に該電極の一方の内端
を挾んで相互に電解液に溶解しない粘性接着剤（４）に
よって接着し、該第１のセパレータの前記周方向外端縁
部に前記電解液に溶解しない粘性接着剤を塗布してなる
ことを特徴とする請求項１記載のリチウム二次電池。