JPH0864253A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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- JPH0864253A JPH0864253A JP6330335A JP33033594A JPH0864253A JP H0864253 A JPH0864253 A JP H0864253A JP 6330335 A JP6330335 A JP 6330335A JP 33033594 A JP33033594 A JP 33033594A JP H0864253 A JPH0864253 A JP H0864253A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- battery
- active material
- secondary battery
- thickness
- Prior art date
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高エネルギー密度で且つ重負荷特性および低
温特性の優れた非水電解液二次電池を提供すること。 【構成】 正極活物質としてＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１
種以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの少な
くとも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）
を含有する帯状の正極と、負極活物質としてリチウムを
ドープ且つ脱ドープし得る炭素材料を含有し、これら正
極と負極が帯状のセパレータを介して積層巻回された非
水電解液二次電池において、前記正極の集電体の厚さＴ
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ｛（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1｝を２．０≦Ｔ≦７．０の関係にすることに
より、高エネルギー密度で且つ重負荷特性および低温特
性に優れ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い二次電池
が得られる。
温特性の優れた非水電解液二次電池を提供すること。 【構成】 正極活物質としてＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１
種以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの少な
くとも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）
を含有する帯状の正極と、負極活物質としてリチウムを
ドープ且つ脱ドープし得る炭素材料を含有し、これら正
極と負極が帯状のセパレータを介して積層巻回された非
水電解液二次電池において、前記正極の集電体の厚さＴ
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ｛（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1｝を２．０≦Ｔ≦７．０の関係にすることに
より、高エネルギー密度で且つ重負荷特性および低温特
性に優れ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い二次電池
が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池に
関し、特に、高エネルギー密度化を目的とする非水電解
液二次電池の低温特性、外部短絡時の安全性、信頼性の
改良に関するものである。
関し、特に、高エネルギー密度化を目的とする非水電解
液二次電池の低温特性、外部短絡時の安全性、信頼性の
改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子技術の進歩により電子機器の
高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子機
器に使用される高エネルギー密度を有する電池への要求
が強まっている。従来、これらの電子機器に使用される
二次電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池
等が挙げられるが、これらの電池は放電電位が低く、エ
ネルギー密度の高い電池として、十分に要求に応えてい
ないのが実情である。最近、リチウム二次電池はこれら
の要求を満たす電池システムとして注目され、盛んに研
究が行われている。しかし、金属リチウムやリチウム合
金を負極とするリチウム二次電池はサイクル寿命、安全
性、急速充電性能等の問題点が認識されるようになり、
実用化に対する大きな障害となっている。これらの問題
点は負極である金属リチウムの溶解、析出時のデンドラ
イト生成、微細化に起因すると考えられ、これらの問題
点のためリチウム二次電池は一部コイン型で実用化され
ているにすぎない。
高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子機
器に使用される高エネルギー密度を有する電池への要求
が強まっている。従来、これらの電子機器に使用される
二次電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池
等が挙げられるが、これらの電池は放電電位が低く、エ
ネルギー密度の高い電池として、十分に要求に応えてい
ないのが実情である。最近、リチウム二次電池はこれら
の要求を満たす電池システムとして注目され、盛んに研
究が行われている。しかし、金属リチウムやリチウム合
金を負極とするリチウム二次電池はサイクル寿命、安全
性、急速充電性能等の問題点が認識されるようになり、
実用化に対する大きな障害となっている。これらの問題
点は負極である金属リチウムの溶解、析出時のデンドラ
イト生成、微細化に起因すると考えられ、これらの問題
点のためリチウム二次電池は一部コイン型で実用化され
ているにすぎない。
【０００３】前記問題点を解決するために、炭素材料の
ようなリチウムイオンをドープ可能とし、且つ脱ドープ
も可能な物質を負極とし、リチウムコバルト酸化物、リ
チウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を正極と
するリチウムイオン二次電池（非水電解液二次電池）の
研究開発が盛んに行われている。この二次電池はリチウ
ムが金属状態で存在しないため、金属リチウム負極に起
因する問題はなく、サイクル特性、安全性が優れてお
り、また、電池電圧が高いため、高エネルギー密度を有
する特徴を持っている。さらに、自己放電もニッケル・
カドミウム電池と比較して少なく、二次電池としては非
常に優れている電池である。その結果、８ｍ／ｍＶＴ
Ｒ、ＣＤプレーヤー、ラップトップ・コンピューター、
セルラーテレフォン等のポータブル用電子機器の電源と
して提案されており、大いに期待される二次電池であ
る。
ようなリチウムイオンをドープ可能とし、且つ脱ドープ
も可能な物質を負極とし、リチウムコバルト酸化物、リ
チウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を正極と
するリチウムイオン二次電池（非水電解液二次電池）の
研究開発が盛んに行われている。この二次電池はリチウ
ムが金属状態で存在しないため、金属リチウム負極に起
因する問題はなく、サイクル特性、安全性が優れてお
り、また、電池電圧が高いため、高エネルギー密度を有
する特徴を持っている。さらに、自己放電もニッケル・
カドミウム電池と比較して少なく、二次電池としては非
常に優れている電池である。その結果、８ｍ／ｍＶＴ
Ｒ、ＣＤプレーヤー、ラップトップ・コンピューター、
セルラーテレフォン等のポータブル用電子機器の電源と
して提案されており、大いに期待される二次電池であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】携帯用電子機器の電源
として二次電池が使用される最大の理由は、その消費電
流が大きい場合には一次電池では電池交換が頻繁とな
り、経済的な負担が大きくなるためと考えられる。従っ
て、二次電池は重負荷用途に対応できるものでなくては
ならない。さらに、携帯用電子機器の電源としては外部
で使用される機会が多く、冬場のスキー場などの低温環
境下でも十分に放電ができることが重要なポイントとな
ってくる。ところが、非水電解液二次電池の電解液は有
機溶媒にリチウム塩を溶解して使用するため、電解液と
しての導電率は水溶液系の電解液と比較して、１／４０
程度であり、極めて小さい。そのため、有機溶媒を用い
るリチウムイオン二次電池は基本的に重負荷特性、低温
特性が水溶液系二次電池と比較して悪くなる欠点があ
る。
として二次電池が使用される最大の理由は、その消費電
流が大きい場合には一次電池では電池交換が頻繁とな
り、経済的な負担が大きくなるためと考えられる。従っ
て、二次電池は重負荷用途に対応できるものでなくては
ならない。さらに、携帯用電子機器の電源としては外部
で使用される機会が多く、冬場のスキー場などの低温環
境下でも十分に放電ができることが重要なポイントとな
ってくる。ところが、非水電解液二次電池の電解液は有
機溶媒にリチウム塩を溶解して使用するため、電解液と
しての導電率は水溶液系の電解液と比較して、１／４０
程度であり、極めて小さい。そのため、有機溶媒を用い
るリチウムイオン二次電池は基本的に重負荷特性、低温
特性が水溶液系二次電池と比較して悪くなる欠点があ
る。
【０００５】上記欠点を補うために、電極の厚さを薄く
して有効反応面積を大きくすることが提案されている
（「電池技術」、第３巻、Ｐ１００（１９９１）参
照）。しかし、電極を薄くして有効反応面積を大きくす
ると重負荷特性、低温特性は改善されるが、集電体やセ
パレーターが長くなり電池反応に寄与しない材料の占め
る比率が高くなり、電池容量が小さくなる欠点がある。
また、電極を厚くすると集電体やセパレーターの占める
比率は小さくなり、軽負荷放電時の電池容量は大きくな
るが、重負荷特性、低温特性は悪くなる。さらに、電極
を厚くすると電極自身の柔軟性が欠如し、電極巻回時に
活物質が脱落し、内部ショートの発生が大きくなる欠点
がみられる。本発明の目的は高エネルギー密度で且つ重
負荷特性および低温特性が優れ、外部短絡時の安全性、
信頼性の高い非水電解液二次電池を提供することであ
る。
して有効反応面積を大きくすることが提案されている
（「電池技術」、第３巻、Ｐ１００（１９９１）参
照）。しかし、電極を薄くして有効反応面積を大きくす
ると重負荷特性、低温特性は改善されるが、集電体やセ
パレーターが長くなり電池反応に寄与しない材料の占め
る比率が高くなり、電池容量が小さくなる欠点がある。
また、電極を厚くすると集電体やセパレーターの占める
比率は小さくなり、軽負荷放電時の電池容量は大きくな
るが、重負荷特性、低温特性は悪くなる。さらに、電極
を厚くすると電極自身の柔軟性が欠如し、電極巻回時に
活物質が脱落し、内部ショートの発生が大きくなる欠点
がみられる。本発明の目的は高エネルギー密度で且つ重
負荷特性および低温特性が優れ、外部短絡時の安全性、
信頼性の高い非水電解液二次電池を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、正極活物質として
ＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１種以上の遷移金属、好ましく
は、ＣｏまたはＮｉの少なくとも一種を表し、０．０５
≦ｘ≦１．１０である。）を含有する帯状の正極と、負
極活物質としてリチウムをドープ且つ脱ドープし得る炭
素材料を含有し、これら正極と負極が帯状のセパレータ
ーを介して積層巻回された非水電解液二次電池におい
て、前記正極の集電体の厚さＴ1に対する活物質層の厚
さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1 を ２．０≦Ｔ≦７．０ の関係にすることにより、高エネルギー密度で且つ重負
荷特性および低温特性の優れた電池が得られることを見
いだした。また、Ｔの値を ９≦Ｔ≦１７．０ としても同様に高エネルギー密度で且つ重負荷特性およ
び低温特性の優れた電池が得られることを見いだした。
構成によって達成される。すなわち、正極活物質として
ＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１種以上の遷移金属、好ましく
は、ＣｏまたはＮｉの少なくとも一種を表し、０．０５
≦ｘ≦１．１０である。）を含有する帯状の正極と、負
極活物質としてリチウムをドープ且つ脱ドープし得る炭
素材料を含有し、これら正極と負極が帯状のセパレータ
ーを介して積層巻回された非水電解液二次電池におい
て、前記正極の集電体の厚さＴ1に対する活物質層の厚
さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1 を ２．０≦Ｔ≦７．０ の関係にすることにより、高エネルギー密度で且つ重負
荷特性および低温特性の優れた電池が得られることを見
いだした。また、Ｔの値を ９≦Ｔ≦１７．０ としても同様に高エネルギー密度で且つ重負荷特性およ
び低温特性の優れた電池が得られることを見いだした。
【０００７】しかしながら、Ｔが７以下の領域では、外
部短絡時の電池表面温度が比較的低いにもかかわらず、
Ｔが７以上であると外部短絡時の電池表面温度が上昇し
てしまう欠点が見られた。外部短絡時の電池表面温度の
上昇は外部短絡時に短絡電流が流れ、ジュール熱による
発熱反応が起こり、この発熱に対して電池構成材料によ
る放熱が生じて、この発熱、放熱のバランス収支で電池
温度が影響を受けるためである。Ｔの値が２．０≦Ｔ≦
７．０の領域では集電体の厚さの比率が大きくなるため
に放熱効果が大きくなり、外部短絡時の電池表面最高温
度を低く抑えることが可能となる。したがって、２．０
≦Ｔ≦７．０の範囲において、電池容量を損ねることな
く低温特性を改良することができ、外部短絡時の安全
性、信頼性の高い二次電池を得ることができる。上記正
極に使用する活物質としてはＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１
種以上の遷移金属、好ましくはＣｏまたはＮｉの少なく
とも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）が
使用される。これらリチウム複合酸化物は、例えばリチ
ウム、コバルト、ニッケルの炭酸塩を出発原料とし、こ
れら炭酸塩を組成に応じて混合し酸素存在雰囲気下６０
０℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより得ら
れる。また、出発原料は炭酸塩に限定されず、酸化物、
水酸化物からも合成可能である。
部短絡時の電池表面温度が比較的低いにもかかわらず、
Ｔが７以上であると外部短絡時の電池表面温度が上昇し
てしまう欠点が見られた。外部短絡時の電池表面温度の
上昇は外部短絡時に短絡電流が流れ、ジュール熱による
発熱反応が起こり、この発熱に対して電池構成材料によ
る放熱が生じて、この発熱、放熱のバランス収支で電池
温度が影響を受けるためである。Ｔの値が２．０≦Ｔ≦
７．０の領域では集電体の厚さの比率が大きくなるため
に放熱効果が大きくなり、外部短絡時の電池表面最高温
度を低く抑えることが可能となる。したがって、２．０
≦Ｔ≦７．０の範囲において、電池容量を損ねることな
く低温特性を改良することができ、外部短絡時の安全
性、信頼性の高い二次電池を得ることができる。上記正
極に使用する活物質としてはＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１
種以上の遷移金属、好ましくはＣｏまたはＮｉの少なく
とも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）が
使用される。これらリチウム複合酸化物は、例えばリチ
ウム、コバルト、ニッケルの炭酸塩を出発原料とし、こ
れら炭酸塩を組成に応じて混合し酸素存在雰囲気下６０
０℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより得ら
れる。また、出発原料は炭酸塩に限定されず、酸化物、
水酸化物からも合成可能である。
【０００８】一方、負極に使用する活物質としては炭素
材料を用いるが、リチウムをドープ、脱ドープ可能なも
のであれば良く、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコ
ークス、ニードルコークス、石油コークス等）、黒鉛
類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン
樹脂等を適当な温度で焼成して炭素化したもの）、炭素
繊維、活性炭などが使用可能である。好ましいものとし
ては、（００２）面の面間隔が３．７０Å以上、真密度
１．７０ｇ／ｃｃ未満であり、且つ空気気流中における
示差熱分析で７００℃以上に発熱ピークを有しない炭素
材料が用いられる。電解液としては、リチウム塩を電解
質とし、これを有機溶媒に溶解させた電解液が用いられ
る。ここで、有機溶媒としては特に限定されるものでな
いが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、
テトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、ジプロピルカーボネート等の単独もしく
は２種類以上の混合溶媒が使用可能である。電解質とし
ては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢ
Ｆ4等が使用可能である。また、より安全性の高い密閉
型非水電解液二次電池を得るためには、過充電時の異常
時に電池内圧上昇に応じて電流を遮断させる手段を備え
たものが望ましい。
材料を用いるが、リチウムをドープ、脱ドープ可能なも
のであれば良く、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコ
ークス、ニードルコークス、石油コークス等）、黒鉛
類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン
樹脂等を適当な温度で焼成して炭素化したもの）、炭素
繊維、活性炭などが使用可能である。好ましいものとし
ては、（００２）面の面間隔が３．７０Å以上、真密度
１．７０ｇ／ｃｃ未満であり、且つ空気気流中における
示差熱分析で７００℃以上に発熱ピークを有しない炭素
材料が用いられる。電解液としては、リチウム塩を電解
質とし、これを有機溶媒に溶解させた電解液が用いられ
る。ここで、有機溶媒としては特に限定されるものでな
いが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、
テトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、ジプロピルカーボネート等の単独もしく
は２種類以上の混合溶媒が使用可能である。電解質とし
ては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢ
Ｆ4等が使用可能である。また、より安全性の高い密閉
型非水電解液二次電池を得るためには、過充電時の異常
時に電池内圧上昇に応じて電流を遮断させる手段を備え
たものが望ましい。
【０００９】
【作用】正極活物質としてＬｉxＭＯ2（但し、Ｍは１種
以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの少なく
とも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）を
含有する帯状の正極と負極活物質としてリチウムをドー
プ且つ脱ドープし得る炭素材料を含有し、これら正極と
負極が帯状のセパレーターを介して積層巻回された非水
電解液二次電池において、前記正極の集電体の厚さＴ1
に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1 を ２．０≦Ｔ≦７．０ の関係にすることにより、低温特性が改善される。ここ
でいう低温特性とは、低温時に大電流放電したときの電
圧降下の程度を表しているものである。
以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの少なく
とも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０である。）を
含有する帯状の正極と負極活物質としてリチウムをドー
プ且つ脱ドープし得る炭素材料を含有し、これら正極と
負極が帯状のセパレーターを介して積層巻回された非水
電解液二次電池において、前記正極の集電体の厚さＴ1
に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1 を ２．０≦Ｔ≦７．０ の関係にすることにより、低温特性が改善される。ここ
でいう低温特性とは、低温時に大電流放電したときの電
圧降下の程度を表しているものである。
【００１０】この低温特性が改善される詳細な理由につ
いては不明であるが、以下のように考えられる。つま
り、正極の集電体の厚さに対する活物質層の厚さの比が
小さくなると、集電体の電気抵抗は小さくなり、さら
に、活物質の厚さが小さくなるので重負荷放電時の電解
液中のリチウムイオンの拡散が十分である。そのため、
電池の内部抵抗が小さくなるので、低温雰囲気下での重
負荷放電初期の電圧降下が小さくなり、低温特性、特
に、電圧特性が改良されるものと考えられる。しかし、
電池内部にインプットされる正極の活物質重量が相対的
に少なくなるため、電池容量は小さくなる。逆に、正極
の集電体の厚さに対する活物質層の厚さが大きくなる
と、集電体の電気抵抗は大きくなり、さらに、活物質の
厚さが大きくなるので、重負荷放電時の電解液のリチウ
ムイオンの拡散が不十分である。その結果、電池の内部
抵抗は大きくなり、低温雰囲気下での重負荷放電初期の
電圧降下は大きくなるものと考えられる。従って、正極
の集電体の厚さと活物質層の厚さの比の関係は重要であ
り、この比を規定することにより、高エネルギー密度で
且つ低温特性の優れた非水電解液二次電池を得ることが
できる。
いては不明であるが、以下のように考えられる。つま
り、正極の集電体の厚さに対する活物質層の厚さの比が
小さくなると、集電体の電気抵抗は小さくなり、さら
に、活物質の厚さが小さくなるので重負荷放電時の電解
液中のリチウムイオンの拡散が十分である。そのため、
電池の内部抵抗が小さくなるので、低温雰囲気下での重
負荷放電初期の電圧降下が小さくなり、低温特性、特
に、電圧特性が改良されるものと考えられる。しかし、
電池内部にインプットされる正極の活物質重量が相対的
に少なくなるため、電池容量は小さくなる。逆に、正極
の集電体の厚さに対する活物質層の厚さが大きくなる
と、集電体の電気抵抗は大きくなり、さらに、活物質の
厚さが大きくなるので、重負荷放電時の電解液のリチウ
ムイオンの拡散が不十分である。その結果、電池の内部
抵抗は大きくなり、低温雰囲気下での重負荷放電初期の
電圧降下は大きくなるものと考えられる。従って、正極
の集電体の厚さと活物質層の厚さの比の関係は重要であ
り、この比を規定することにより、高エネルギー密度で
且つ低温特性の優れた非水電解液二次電池を得ることが
できる。
【００１１】
【実施例】本発明について具体的に図を参照しながら説
明する。 実施例１ 図１に本実施例の電池の正極断面図を示し、図２に本実
施例の電池の断面図を示す。まず、負極１は次のように
作成した。負極活物質は出発原料に石油ピッチを用い、
これに酸素を含む官能基を１０〜２０％導入（酸素架
橋）した後、不活性ガス（Ｎ2ガス）中１０００℃で焼
成して得られたガラス状炭素材料に近い性質の難黒鉛化
炭素材料を用いた。このようにして得られた炭素材料を
９０重量％、結着材としてポリフッ化ビニリデン１０重
量％の割合で混合し、負極合剤を作成し、Ｎ−メチル−
２−ピロリドンに分散させてスラリー状にした。さら
に、このスラリーを負極集電体１０である厚さ１０μｍ
の銅箔の両面に塗布し、乾燥後ローラープレス機で圧縮
成型を行った。
明する。 実施例１ 図１に本実施例の電池の正極断面図を示し、図２に本実
施例の電池の断面図を示す。まず、負極１は次のように
作成した。負極活物質は出発原料に石油ピッチを用い、
これに酸素を含む官能基を１０〜２０％導入（酸素架
橋）した後、不活性ガス（Ｎ2ガス）中１０００℃で焼
成して得られたガラス状炭素材料に近い性質の難黒鉛化
炭素材料を用いた。このようにして得られた炭素材料を
９０重量％、結着材としてポリフッ化ビニリデン１０重
量％の割合で混合し、負極合剤を作成し、Ｎ−メチル−
２−ピロリドンに分散させてスラリー状にした。さら
に、このスラリーを負極集電体１０である厚さ１０μｍ
の銅箔の両面に塗布し、乾燥後ローラープレス機で圧縮
成型を行った。
【００１２】次に、正極２は次のように作成した。酸化
コバルトと酸化ニッケルと水酸化リチウムをＬｉ／Ｃｏ
／Ｎｉ比＝１／０．２／０．８となるように混合し、酸
素中で７５０℃で５時間焼成し、ＬｉＣｏ0.2Ｎｉ0.8Ｏ
2を得た。ＬｉＣｏ0.2Ｎｉ0. 8Ｏ2を正極活物質とし、Ｌ
ｉＣｏ0.2Ｎｉ0.8Ｏ2を９１重量％、導電材としてグラ
ファイトを６重量％、ポリフッ化ビニリデン３重量％を
混合し、正極合剤を作成し、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ンに分散させてスラリー状にした。さらに、図１に示し
た正極断面図のように、このスラリーを厚さＴ1が６０
μｍの正極集電体１１であるアルミニウム箔の両面に塗
布し、乾燥後ローラープレス機で圧縮成型を行った。こ
の時の活物質の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）は１２０μｍであっ
た。従って、正極集電体１１の厚さＴ1に対する活物質
層の厚さの比（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1は２．０であった。
コバルトと酸化ニッケルと水酸化リチウムをＬｉ／Ｃｏ
／Ｎｉ比＝１／０．２／０．８となるように混合し、酸
素中で７５０℃で５時間焼成し、ＬｉＣｏ0.2Ｎｉ0.8Ｏ
2を得た。ＬｉＣｏ0.2Ｎｉ0. 8Ｏ2を正極活物質とし、Ｌ
ｉＣｏ0.2Ｎｉ0.8Ｏ2を９１重量％、導電材としてグラ
ファイトを６重量％、ポリフッ化ビニリデン３重量％を
混合し、正極合剤を作成し、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ンに分散させてスラリー状にした。さらに、図１に示し
た正極断面図のように、このスラリーを厚さＴ1が６０
μｍの正極集電体１１であるアルミニウム箔の両面に塗
布し、乾燥後ローラープレス機で圧縮成型を行った。こ
の時の活物質の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）は１２０μｍであっ
た。従って、正極集電体１１の厚さＴ1に対する活物質
層の厚さの比（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1は２．０であった。
【００１３】以上のように作成した帯状の負極１と正極
２と厚さが２５μｍの微多孔性ポリプロピレンフィルム
からなるセパレータ３を順に積層して多数巻回すること
により渦巻式電極体を作成した。渦巻式電極体の中心部
にはセンターピン１４を設ける。上述のように作成した
渦巻式電極体をニッケル鍍金を施した鉄製の電池缶５に
収納した。渦巻式電極体上下両面に絶縁板４を配置し、
正極２、負極１の集電を行なうために、アルミニウムリ
ード１３を正極集電体１１から導出して電流遮断装置を
持つ安全弁装置８に、ニッケルリード１２を負極集電体
１０から導出して電池缶５に溶接した。その後、電池缶
５の中にプロピレンカーボネート５０ｖｏｌ％、ジエチ
ルカーボネート５０ｖｏｌ％の混合溶媒にＬｉＰＦ6を
１モル溶解させた電解液を注入した。そして、アスファ
ルトを塗布した封口ガスケット６を介して電池缶５をか
しめることで電池蓋７を固定し、直径１８ｍｍ、高さ６
５ｍｍの円筒型電池を作成した。
２と厚さが２５μｍの微多孔性ポリプロピレンフィルム
からなるセパレータ３を順に積層して多数巻回すること
により渦巻式電極体を作成した。渦巻式電極体の中心部
にはセンターピン１４を設ける。上述のように作成した
渦巻式電極体をニッケル鍍金を施した鉄製の電池缶５に
収納した。渦巻式電極体上下両面に絶縁板４を配置し、
正極２、負極１の集電を行なうために、アルミニウムリ
ード１３を正極集電体１１から導出して電流遮断装置を
持つ安全弁装置８に、ニッケルリード１２を負極集電体
１０から導出して電池缶５に溶接した。その後、電池缶
５の中にプロピレンカーボネート５０ｖｏｌ％、ジエチ
ルカーボネート５０ｖｏｌ％の混合溶媒にＬｉＰＦ6を
１モル溶解させた電解液を注入した。そして、アスファ
ルトを塗布した封口ガスケット６を介して電池缶５をか
しめることで電池蓋７を固定し、直径１８ｍｍ、高さ６
５ｍｍの円筒型電池を作成した。
【００１４】実施例２ Ｔ1＝４０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１２６μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝３．１５であった。 実施例３ Ｔ1＝３０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３０μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝４．３３であった。 実施例４ Ｔ1＝２０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３４μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝６．７０であった。
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝３．１５であった。 実施例３ Ｔ1＝３０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３０μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝４．３３であった。 実施例４ Ｔ1＝２０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３４μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝６．７０であった。
【００１５】比較例１ Ｔ1＝１５μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３６μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝９．０７であった。 比較例２ Ｔ1＝１０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝１３．８０であった。 比較例３ Ｔ1＝８μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外は
実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1＝１７．２５であった。
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝９．０７であった。 比較例２ Ｔ1＝１０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝１３．８０であった。 比較例３ Ｔ1＝８μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外は
実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1＝１７．２５であった。
【００１６】比較例４ Ｔ1＝１００μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１００μｍであること以
外は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ
2＋Ｔ3）／Ｔ1＝１．００であった。 比較例５ Ｔ1＝８０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１１０μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝１．３８であった。 比較例６ Ｔ1＝６μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外は
実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1＝２３．０であった。
外は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ
2＋Ｔ3）／Ｔ1＝１．００であった。 比較例５ Ｔ1＝８０μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１１０μｍであること以外
は実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2
＋Ｔ3）／Ｔ1＝１．３８であった。 比較例６ Ｔ1＝６μｍ、Ｔ2＋Ｔ3＝１３８μｍであること以外は
実施例１と同様にして円筒型電池を作成した。（Ｔ2＋
Ｔ3）／Ｔ1＝２３．０であった。
【００１７】このようにして作成した円筒型二次電池に
ついて、以下に示す二種類の評価を行った。初めに、充
電電圧４．２０Ｖ、充電電流１０００ｍＡ、充電時間
２．５ｈの条件で充電を行い、放電電流５００ｍＡ、終
止電圧２．７５Ｖの条件で放電を行う電池容量試験を行
い、図３に集電体の厚さＴ1に対する活物質層厚さ（Ｔ2
＋Ｔ3）の比Ｔと電池容量の関係を示す。Ｔ値が２．０
未満である比較例４〜５においては集電体の厚さが大き
くなり活物質重量が少なくなるため、電池容量は小さく
なる欠点がみられた。それに対して、Ｔ値が２．０以上
の実施例１〜４、比較例１〜３および比較例６の場合は
電池容量を損ねることなく、問題は認められない。
ついて、以下に示す二種類の評価を行った。初めに、充
電電圧４．２０Ｖ、充電電流１０００ｍＡ、充電時間
２．５ｈの条件で充電を行い、放電電流５００ｍＡ、終
止電圧２．７５Ｖの条件で放電を行う電池容量試験を行
い、図３に集電体の厚さＴ1に対する活物質層厚さ（Ｔ2
＋Ｔ3）の比Ｔと電池容量の関係を示す。Ｔ値が２．０
未満である比較例４〜５においては集電体の厚さが大き
くなり活物質重量が少なくなるため、電池容量は小さく
なる欠点がみられた。それに対して、Ｔ値が２．０以上
の実施例１〜４、比較例１〜３および比較例６の場合は
電池容量を損ねることなく、問題は認められない。
【００１８】次に充電電圧４．２０Ｖ、充電電流１００
０ｍＡ、充電時間２．５ｈの条件で充電を行い、環境温
度０℃のオーブンに３時間以上放置し、その後、２Ａ−
１秒放電後の電圧降下を測定する低温放電特性試験を行
った。その結果を図４に示す。Ｔ値が２０以上である比
較例６においては、低温高率放電時の電圧降下は大きく
なる欠点がみられる。これは集電体が薄くなるので、電
池の内部抵抗が上昇したためと考えられる。それに対し
て、Ｔ値が１７以下の実施例１〜４および比較例１〜５
においては、集電体が厚くなるので、電池の内部抵抗が
小さくなり、低温高率放電時の電圧降下は少なくなった
ものと考えられる。つまり、実際の電池を設計、製造す
る場合には、電池容量だけを考慮するのでなく、電池の
内部抵抗を低減すべき低温特性の改良を考慮する必要が
ある。従って、実施例１〜４及び比較例１〜３に示した
ように、集電体の厚さＴ1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2
＋Ｔ3）の比Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1が２．０≦Ｔ≦１
７．０の範囲にすることにより高エネルギー密度で且つ
低温特性の優れた非水電解液二次電池を得ることができ
る。
０ｍＡ、充電時間２．５ｈの条件で充電を行い、環境温
度０℃のオーブンに３時間以上放置し、その後、２Ａ−
１秒放電後の電圧降下を測定する低温放電特性試験を行
った。その結果を図４に示す。Ｔ値が２０以上である比
較例６においては、低温高率放電時の電圧降下は大きく
なる欠点がみられる。これは集電体が薄くなるので、電
池の内部抵抗が上昇したためと考えられる。それに対し
て、Ｔ値が１７以下の実施例１〜４および比較例１〜５
においては、集電体が厚くなるので、電池の内部抵抗が
小さくなり、低温高率放電時の電圧降下は少なくなった
ものと考えられる。つまり、実際の電池を設計、製造す
る場合には、電池容量だけを考慮するのでなく、電池の
内部抵抗を低減すべき低温特性の改良を考慮する必要が
ある。従って、実施例１〜４及び比較例１〜３に示した
ように、集電体の厚さＴ1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2
＋Ｔ3）の比Ｔ＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1が２．０≦Ｔ≦１
７．０の範囲にすることにより高エネルギー密度で且つ
低温特性の優れた非水電解液二次電池を得ることができ
る。
【００１９】次に、本実施例と比較例の４．２０Ｖで充
電した後の外部短絡試験における電池表面の最高温度を
測定した結果を図５に示す。図５から、実施例１〜４の
ようにＴの値が２．０≦Ｔ≦７．０の領域では外部短絡
時の電池表面最高温度は１１０℃以下であるのに対し
て、比較例１〜３、比較例６のようにＴの値が７．０を
超えると１２０℃以上の温度にまで上昇してしまう欠点
がある。この電池表面の温度の上昇は外部短絡時に短絡
電流が流れ、ジュール熱による発熱反応が起こり、この
発熱に対して電池構成材料による放熱が生じて、このバ
ランス収支で電池温度が影響を受けるためであるが、実
施例１〜４のようにＴの値が２．０≦Ｔ≦７．０の領域
では集電体の厚さの比率が大きくなるために放熱効果が
大きくなり、外部短絡時の最高温度を低く抑えることが
可能となる。したがって、２．０≦Ｔ≦７．０の範囲に
おいて、電池容量を損ねることなく低温特性を改良する
ことができ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い二次電
池を得ることができる。本実施例においては、正極活物
質としてコバルトとニッケルの複合酸化物ＬｉＣｏ0.2
Ｎｉ0.8Ｏ2を用いたが、このコバルトとニッケルの比率
の異なる複合酸化物でも良く、さらに、ＬｉＣｏＯ2、
ＬｉＮｉＯ2の場合についても同様の効果がみられるこ
とは明らかである。
電した後の外部短絡試験における電池表面の最高温度を
測定した結果を図５に示す。図５から、実施例１〜４の
ようにＴの値が２．０≦Ｔ≦７．０の領域では外部短絡
時の電池表面最高温度は１１０℃以下であるのに対し
て、比較例１〜３、比較例６のようにＴの値が７．０を
超えると１２０℃以上の温度にまで上昇してしまう欠点
がある。この電池表面の温度の上昇は外部短絡時に短絡
電流が流れ、ジュール熱による発熱反応が起こり、この
発熱に対して電池構成材料による放熱が生じて、このバ
ランス収支で電池温度が影響を受けるためであるが、実
施例１〜４のようにＴの値が２．０≦Ｔ≦７．０の領域
では集電体の厚さの比率が大きくなるために放熱効果が
大きくなり、外部短絡時の最高温度を低く抑えることが
可能となる。したがって、２．０≦Ｔ≦７．０の範囲に
おいて、電池容量を損ねることなく低温特性を改良する
ことができ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い二次電
池を得ることができる。本実施例においては、正極活物
質としてコバルトとニッケルの複合酸化物ＬｉＣｏ0.2
Ｎｉ0.8Ｏ2を用いたが、このコバルトとニッケルの比率
の異なる複合酸化物でも良く、さらに、ＬｉＣｏＯ2、
ＬｉＮｉＯ2の場合についても同様の効果がみられるこ
とは明らかである。
【００２０】
【発明の効果】正極活物質としてＬｉxＭＯ2（但し、Ｍ
は１種以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの
少なくとも１種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０であ
る。）を含有する帯状の正極と、負極活物質としてリチ
ウムをドープ且つ脱ドープしうる炭素材料を含有し、こ
れら正極と負極が帯状のセパレーターを介して積層巻回
された非水電解液二次電池において、前記正極の集電体
の厚さＴ1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ
＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1を２．０≦Ｔ≦７．０の関係にす
ることにより、高エネルギー密度で且つ重負荷特性およ
び低温特性が優れ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い
非水電解液二次電池を提供することが可能となり、工業
的価値は大きい。
は１種以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの
少なくとも１種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０であ
る。）を含有する帯状の正極と、負極活物質としてリチ
ウムをドープ且つ脱ドープしうる炭素材料を含有し、こ
れら正極と負極が帯状のセパレーターを介して積層巻回
された非水電解液二次電池において、前記正極の集電体
の厚さＴ1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔ
＝（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1を２．０≦Ｔ≦７．０の関係にす
ることにより、高エネルギー密度で且つ重負荷特性およ
び低温特性が優れ、外部短絡時の安全性、信頼性の高い
非水電解液二次電池を提供することが可能となり、工業
的価値は大きい。
【図１】 本発明の一実施例の電池の正極断面図であ
る。
る。
【図２】 本発明の一実施例の電池の断面図である。
【図３】 非水電解液二次電池の正極の集電体の厚さＴ
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと電池容
量との関係を示す図である。
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと電池容
量との関係を示す図である。
【図４】 非水電解液二次電池の正極の集電体の厚さＴ
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと電圧降
下との関係を示す図である。
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと電圧降
下との関係を示す図である。
【図５】 非水電解液二次電池の正極の集電体の厚さＴ
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと外部短
絡試験における電池表面の最高温度との関係を示す図で
ある。
1に対する活物質層の厚さ（Ｔ2＋Ｔ3）の比Ｔと外部短
絡試験における電池表面の最高温度との関係を示す図で
ある。
１…負極、２…正極、３…セパレータ、４…絶縁板、５
…電池缶、６…封口ガスケット、７…電池蓋、８…安全
弁装置、１０…負極集電体、１１…正極集電体、１２…
負極リード、１３…正極リード、１４…センターピン
…電池缶、６…封口ガスケット、７…電池蓋、８…安全
弁装置、１０…負極集電体、１１…正極集電体、１２…
負極リード、１３…正極リード、１４…センターピン
Claims (1)
- 【請求項１】 正極活物質としてＬｉxＭＯ2（但し、Ｍ
は１種以上の遷移金属、好ましくは、ＣｏまたはＮｉの
少なくとも一種を表し、０．０５≦ｘ≦１．１０であ
る。）を含有する帯状の正極と、負極活物質としてリチ
ウムをドープ且つ脱ドープし得る炭素材料を含有し、こ
れら正極と負極が帯状のセパレーターを介して積層巻回
された非水電解液二次電池において、 前記正極の集電体の厚さＴ1に対する活物質層の厚さ
（Ｔ2＋Ｔ3）の比が ２．０≦（Ｔ2＋Ｔ3）／Ｔ1≦７．０ の関係にあることを特徴とする非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6330335A JPH0864253A (ja) | 1994-06-16 | 1994-12-07 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-157980 | 1994-06-16 | ||
| JP15798094 | 1994-06-16 | ||
| JP6330335A JPH0864253A (ja) | 1994-06-16 | 1994-12-07 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864253A true JPH0864253A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=26485251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6330335A Pending JPH0864253A (ja) | 1994-06-16 | 1994-12-07 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864253A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001023614A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-26 | Sony Corp | 正極およびそれを用いた二次電池 |
| JP2005142165A (ja) * | 1999-07-29 | 2005-06-02 | Toshiba Corp | 薄型非水電解質二次電池 |
-
1994
- 1994-12-07 JP JP6330335A patent/JPH0864253A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001023614A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-26 | Sony Corp | 正極およびそれを用いた二次電池 |
| JP2005142165A (ja) * | 1999-07-29 | 2005-06-02 | Toshiba Corp | 薄型非水電解質二次電池 |
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