JPH08293302A - 有機電解液二次電池 - Google Patents

有機電解液二次電池

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JPH08293302A
JPH08293302A JP7098275A JP9827595A JPH08293302A JP H08293302 A JPH08293302 A JP H08293302A JP 7098275 A JP7098275 A JP 7098275A JP 9827595 A JP9827595 A JP 9827595A JP H08293302 A JPH08293302 A JP H08293302A
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JP
Japan
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negative electrode
lithium
sealing plate
battery
secondary battery
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JP7098275A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Ikehata
敏彦 池畠
Nobuharu Koshiba
信晴 小柴
Yoko Ogasawara
陽子 小笠原
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 封口板と負極の抵抗溶接を容易にし、良好な
電気的接触を得、内部抵抗や充放電サイクルなどの諸特
性において安定な有機電解液二次電池を得ることを目的
とする。 【構成】 負極5がリチウムを吸蔵、放出可能な金属と
リチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属のクラッド材
からなり、異種金属と封口板2とを抵抗溶接により接合
した構造をとることにより、封口板2と負極の電気的接
触を良好にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動用直流電源、バッ
クアップ用電源などに用いる有機電解液二次電池の負極
の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に有機電解液電池は、エネルギー密
度が高く、保存性、耐漏液性などの信頼性に優れ、ま
た、小形化、軽量化が可能なことから、各種電子機器の
主電源やバックアップ用電源として、その需要は年々増
加している。これまで、この種の電池は充電ができない
一次電池が主流であったが、最近、充電可能な電池が開
発され、需要が伸びている。
【0003】充電可能な有機電解液二次電池として、負
極にリチウムとリチウムを吸蔵、放出が可能な金属との
合金(リチウム合金)を用い、電解液に有機電解液を用
い、それに種々の正極を組み合わせた電池が知られてい
る。負極にリチウム合金を用いるのは以下の理由によ
る。
【0004】負極に、リチウム一次電池と同様にリチウ
ム金属のみを用いた場合、充電時には、電解液中のリチ
ウムイオンが、負極リチウム表面上に不均一に析出し、
デンドライトを形成する。その結果、このデンドライト
がセパレータを貫通して内部ショートが発生したり、ま
た、放電反応が不均一となり、その際、リチウムが脱落
してしまうことによりサイクル寿命が劣化する。
【0005】一方、負極にリチウム合金を用いることに
より、充電の際、リチウムイオンは負極合金中に電気化
学的に吸蔵されるため、負極表面にリチウムが析出する
のを防ぐことができる。リチウムと合金を形成する金属
としてはアルミニウム、鉛、ビスマス、インジウム、錫
などがある。
【0006】正極には種々の物質が検討されているが、
一般に、リチウムイオンと層間化合物を形成する材料、
例えば五酸化バナジウム、五酸化ニオブ、二酸化マンガ
ン、などの金属酸化物や、リチウムと金属酸化物の複合
酸化物、また二硫化チタン、二硫化モリブデン、などの
硫化物が用いられる。また、ポリアニリン、ポリアセン
などの導電性高分子などを使用したものもある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】負極にリチウムアルミ
ニウム合金を使用した、コイン形のリチウム二次電池の
断面図を図2に示す。図中1は正極端子を兼ねたステン
レス製のケース、2はケースと同材質で負極端子を兼ね
る封口板、3はケースと封口板を絶縁するガスケット、
4は正極であり、5は負極であるリチウムアルミニウム
合金。また、6は正極と負極を絶縁するセパレータであ
る。この電池構成において、正極とケース、負極と封口
板はそれぞれ電子電導で接合する必要がある。正極はペ
レット状の成型体であり、導電材としてカーボンを含有
している。そのためケースの内面に導電性のカーボン被
膜からなる集電体(図中7)を形成することにより、電
池を組み立てる際のかしめ封口の加圧などで充分な電気
的接触が得られる。
【0008】次に負極のリチウムアルミニウム合金であ
るが、これの製造法としては一般にアルミニウムの表面
にリチウムを圧着しておき、電池組み立て後電解液の存
在によりアルミニウム中にリチウムを吸蔵させる方法を
採っている。従って、まずアルミニウムのみの状態で、
封口板の内面に抵抗溶接などにより接合しておけばよか
った。
【0009】しかし、アルミニウムは表面に強固な酸化
被膜が不均一に存在し、またアルミニウムとステンレス
は融点が大きく異なるなど抵抗溶接は不向きである。ま
た仮に抵抗溶接でアルミニウムを直接溶接できたとして
も、溶接部分(ナゲット)がリチウムとの合金化により
脆くなり、電池の充放電などの使用中に溶接部分がはず
れ、充放電サイクル寿命が大きく劣化する場合がある。
ステンレス同士は容易に抵抗溶接できることから、あら
かじめステンレス製のネットを封口板の内面に抵抗溶接
しておき、ネットにアルミニウムを加圧して埋め込む方
式もあるが、工数と部品点数が増加し、さらに、相当大
きな加圧力が必要なために封口板が変形するなどの弊害
が生じる可能性があった。
【0010】本発明は、上記の課題を解決するもので、
負極の構成を変えることにより、安定した特性の有機電
解液二次電池を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、負極として、リチウムを吸蔵、放出可能な
金属とリチウムの吸蔵、放出能力のない異種金属のクラ
ッド材を用い、この異種金属と封口板とは抵抗溶接が可
能である構成である。
【0012】
【作用】リチウムを吸蔵、放出可能な金属と異種金属を
クラッドしたものを負極とした場合、封口板と負極のク
ラッド材の異種金属部分は抵抗溶接により容易に接合で
きる。また異種金属はリチウムを吸蔵する能力はないの
で、前記の溶接部分にリチウムイオンが吸蔵されること
はなく、充放電などにより材質が変化することはない。
さらに、負極クラッドの異種金属と封口板を溶接するだ
けなので、容易にかつ確実に溶接でき、また工数も部品
点数も少なくすることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図及び表を参照して説明す
る。
【0014】図1は本発明の有機電解液二次電池の断面
図である。図1において1は正極端子を兼ねるケースで
耐食性に優れたステンレス鋼からなっている。2は負極
端子を兼ねる封口板で、ケース1と同じ材質からなって
いる。3はケースと封口板を絶縁するポリプロピレン製
ガスケット、4は正極で、五酸化バナジウムと導電材で
あるカーボンブラック及び結着剤であるフッ素樹脂の粉
末を混合し、直径15mm、厚み1mmのペレット状に
成型した後、200℃中で12時間乾燥した。5は負極
のリチウムアルミニウム合金で、まず、アルミニウム
と、封口板と同材質のステンレス鋼のクラッド材を直径
15mmに打ち抜き、封口板の内面にクラッド材のステ
ンレス層側を加圧密着させ、双方のステンレス部分を抵
抗溶接にて接合した。このクラッド材の構成を図3に示
す。次に、アルミニウム層の表面にリチウム箔を圧着さ
せ電池組み立て後、電解液の存在下で自然に合金化さ
せ、リチウムアルミニウム合金を形成した。尚、アルミ
ニウム層の部分と、ステンレス層の部分の厚みはそれぞ
れ200μmと50μmである。6はポリプロピレン製
不織布からなるセパレータ、7は正極集電体で、導電性
カーボン被膜である。また、電解液はプロピレンカーボ
ネートと1,2−ジメトキシエタンとの等容積混合溶媒
に、過塩素酸リチウムを1モル/lの割合で溶解したも
のを用いた。この電池をAとした。
【0015】また、比較として従来構成の負極を用いた
電池も作成した。従来の負極構成は、本発明と同材質
で、厚み200μmのアルミニウムのみを直径15mm
に打ち抜き、封口板2の内面に本発明と同条件で抵抗溶
接した構成で、その他の構成は本発明品Aと全く同じと
なっている。この構成の電池をBとした。
【0016】さらに、封口板2の内面に正極集電体7と
同じ導電性カーボン被膜を形成し、電池Bと同じアルミ
ニウムをかしめ封口の際の加圧のみで封口板内面と接触
させた構成で、その他の構成は、本発明品と全く同じ構
成の電池を作成し、この電池をCとした。
【0017】尚、いずれの電池も設計上、直径20m
m、厚さ2.0mmで容量は3Vから2.5Vまでで2
0mAhである。これら電池A,B,Cを各100個ず
つ組み立て、常温(20℃)で1週間保存した後、電池
の開回路電圧と内部抵抗(1kHz,交流法)を測定し
た。その平均値と標準偏差を(表1)に示す。次にこれ
らの電池を1mAの定電流にて、2.5V〜3.5Vの
間で充放電サイクルを繰り返した。そして、放電容量が
初期(1サイクルめ)の容量の50%に劣化するまでの
回数を測定し、同様に(表1)に示した。
【0018】
【表1】
【0019】電池A及びBに比べ、電池Cは組み立て後
の内部抵抗の値、及びバラツキが大きい。また電池B,
Cは本発明品の電池Aに比べて充放電回数が低下する。
各サイクルにおける充放電カーブをみると、電池Cにつ
いては充放電カーブが乱れており、また充放電途中に内
部抵抗が急激に上昇するものもあった。これは負極と封
口板の電気的接触が不十分なためと思われる。
【0020】また、電池Bについては充放電試験開始時
は全く問題なかったが回数が進むにつれ、充放電カーブ
に異常があるものが発生した。これは抵抗溶接部(ナゲ
ット)がリチウムとの合金化によりもろくなっているた
め、回数が進むにつれはずれるものが発生するためと考
えられる。実際、電池Bで異常が発生したものを分解調
査すると、溶接部分がはずれているのを確認した。本実
施例については全く問題なく、分解調査においても負極
と封口板の接合に問題はなかった。
【0021】尚、上記の実施例では負極合金にアルミニ
ウムを用いたが、他にリチウムの吸蔵能力を持つ鉛、ビ
スマス、インジウム、錫などの単体あるいは合金を用い
た場合も同様に適用できる。また前記の異種金属として
実施例で示したステンレス以外に、チタン、鉄、銅、ニ
ッケルなど封口板の材料であるステンレスと抵抗溶接が
可能な金属であれば使用可能である。しかし、放電末期
で負極の電位が上昇する構成の電池の場合、高電位に対
し安定な材料を用いるのが好ましい。
【0022】さらに正極材料としても五酸化バナジウム
以外に、二硫化チタン、二硫化モリブデン、三酸化モリ
ブデン、二酸化マンガン、リチウム複合酸化物、ポリア
ニリン、ポリアセチレン、ポリアセン等の二次電池用の
正極材料であれば同様に適用できる。
【0023】また、クラッド材のステンレス層の厚み
は、電池反応には全く関与しないため電気容量をできる
だけ確保する観点から、抵抗溶接に問題ないレベルで、
できるだけ薄い方が好ましい。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、負極の
構成を、リチウムを吸蔵、放出可能な金属とリチウムを
吸蔵、放出能力のない異種金属のクラッド材を用い、異
種金属と封口板とが抵抗溶接が可能な材料とすることに
より、封口板と負極の電気的接触を良好にすることがで
き、内部抵抗や充放電サイクルなどの諸特性において安
定な有機電解液二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における電池の縦断面図
【図2】従来構成電池の縦断面図
【図3】本発明のクラッド材の構成図
【符号の説明】
1 ケース 2 封口板 3 ガスケット 4 正極 5 負極 6 セパレータ 7 正極集電体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極と、リチウムの吸蔵、放出が可能な金
    属からなる負極と、有機電解液とから構成される有機電
    解液二次電池であって、前記負極はリチウムを吸蔵、放
    出可能な金属とリチウムの吸蔵、放出能力のない異種金
    属とのクラッド材を有し、前記異種金属は封口板と抵抗
    溶接が可能な材料であることを特徴とする有機電解液二
    次電池。
  2. 【請求項2】リチウムを吸蔵、放出が可能な金属はアル
    ミニウムである請求項1記載の有機電解液二次電池。
  3. 【請求項3】封口板がステンレスであって、異種金属は
    ステンレス、チタン、鉄、銅、ニッケルである請求項1
    記載の有機電解液二次電池。
JP7098275A 1995-04-24 1995-04-24 有機電解液二次電池 Pending JPH08293302A (ja)

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