JPH09199179A - リチウムイオン電池 - Google Patents
リチウムイオン電池Info
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- JPH09199179A JPH09199179A JP8026013A JP2601396A JPH09199179A JP H09199179 A JPH09199179 A JP H09199179A JP 8026013 A JP8026013 A JP 8026013A JP 2601396 A JP2601396 A JP 2601396A JP H09199179 A JPH09199179 A JP H09199179A
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- electrode
- lithium ion
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- 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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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 充放電を繰り返したり長期放置をしておいた
りしても電極自由膨潤による短絡や容量低下が生ずるこ
となく、また比較的大きな容量を有し、しかも製造コス
トの安いリチウムイオン電池を提供する。 【解決手段】 チタン酸リチウムもしくはＸ線広角回折
法による（００２）面の面間隔が３．７オングストロン
グ以上である炭素材料を負極材料に用いた極板群７を、
機能性フィルム部材よりなる袋状収納体６に収納に収納
する。充放電に伴う電極の自由膨潤が極めてすくないの
で、充放電を繰り返したり長期放置をしておいたりして
も短絡や容量低下が生ずることがなく、しかも金属ケー
スを使用しないので製造容易でコストも安いリチウムイ
オン電池が提供できる。
りしても電極自由膨潤による短絡や容量低下が生ずるこ
となく、また比較的大きな容量を有し、しかも製造コス
トの安いリチウムイオン電池を提供する。 【解決手段】 チタン酸リチウムもしくはＸ線広角回折
法による（００２）面の面間隔が３．７オングストロン
グ以上である炭素材料を負極材料に用いた極板群７を、
機能性フィルム部材よりなる袋状収納体６に収納に収納
する。充放電に伴う電極の自由膨潤が極めてすくないの
で、充放電を繰り返したり長期放置をしておいたりして
も短絡や容量低下が生ずることがなく、しかも金属ケー
スを使用しないので製造容易でコストも安いリチウムイ
オン電池が提供できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はリチウムイオン電
池に関する。
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩は、電
子機器の小形・軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、電源である電池に対しても、一層の小型化、軽量
化、高エネルギー密度化が求められるようになってい
る。
子機器の小形・軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、電源である電池に対しても、一層の小型化、軽量
化、高エネルギー密度化が求められるようになってい
る。
【０００３】ポータブル機器電源に使用される各種小形
二次電池のおおよそのネルギー密度を比較してみると、
鉛電池では２０〜４０Ｗｈ／ｋｇ，５０〜１００Ｗｈ／
ｌ、ニッケルカドミウム電池では３０〜６０Ｗｈ／ｋ
ｇ，１００〜１６０Ｗｈ／ｌ、ニッケル水素電池では４
５〜６５Ｗｈ／ｋｇ，１６０〜２００Ｗｈ／ｌなのに対
し、リチウムイオン電池では６０〜１２５Ｗｈ／ｋｇ，
１９０〜３１０Ｗｈ／ｌと言われている。このように、
リチウムイオン電池は他の電池に比べネルギー密度が高
いことから、その実用化が期待されている。
二次電池のおおよそのネルギー密度を比較してみると、
鉛電池では２０〜４０Ｗｈ／ｋｇ，５０〜１００Ｗｈ／
ｌ、ニッケルカドミウム電池では３０〜６０Ｗｈ／ｋ
ｇ，１００〜１６０Ｗｈ／ｌ、ニッケル水素電池では４
５〜６５Ｗｈ／ｋｇ，１６０〜２００Ｗｈ／ｌなのに対
し、リチウムイオン電池では６０〜１２５Ｗｈ／ｋｇ，
１９０〜３１０Ｗｈ／ｌと言われている。このように、
リチウムイオン電池は他の電池に比べネルギー密度が高
いことから、その実用化が期待されている。
【０００４】従来から携帯機器用として一般的に開発さ
れているリチウムイオン電池には、巻回した極板群を円
筒形や角型のケースに収納したものや、平板状の極板と
セパレータとを積層して角型のケースに収納したものが
ある。
れているリチウムイオン電池には、巻回した極板群を円
筒形や角型のケースに収納したものや、平板状の極板と
セパレータとを積層して角型のケースに収納したものが
ある。
【０００５】ところが、これらリチウムイオン電池に使
用されるケースは負極端子を兼ねる金属容器で形成され
るため、薄形化や軽量化が困難である。そこで、薄形で
軽量なリチウムイオン電池を提供する手段として、各１
枚づつの正負極板とセパレータとをポリエチレンシート
やアルミシートをラミネートし非ガス透過性を持たせた
フィルム部材よりなる袋状体に収納し、熱溶着等により
接合密閉したものが提案されている。このような模式構
造は、リチウムイオン電池のものとしてではないが、例
えば、実開昭６０−１６２３６２号に開示されているよ
うに、内側から感熱性接着層、アルミニウム箔および高
分子フィルムからなるラミネートフィルムで平板状極板
を封止し、ラミネートフィルムの感熱層にリード体とな
る金属蒸着膜を形成し、金属の蒸着膜の一端を電極棒に
接触させてラミネートフィルムで封止したもの（図１参
照）や、特開昭６１−２０６１５７号に開示されている
ように、平板状極板をチューブ状のラミネートフィルム
部材に挿入した後、両端部を熱溶着して密閉したもの
（図２参照）などがある。
用されるケースは負極端子を兼ねる金属容器で形成され
るため、薄形化や軽量化が困難である。そこで、薄形で
軽量なリチウムイオン電池を提供する手段として、各１
枚づつの正負極板とセパレータとをポリエチレンシート
やアルミシートをラミネートし非ガス透過性を持たせた
フィルム部材よりなる袋状体に収納し、熱溶着等により
接合密閉したものが提案されている。このような模式構
造は、リチウムイオン電池のものとしてではないが、例
えば、実開昭６０−１６２３６２号に開示されているよ
うに、内側から感熱性接着層、アルミニウム箔および高
分子フィルムからなるラミネートフィルムで平板状極板
を封止し、ラミネートフィルムの感熱層にリード体とな
る金属蒸着膜を形成し、金属の蒸着膜の一端を電極棒に
接触させてラミネートフィルムで封止したもの（図１参
照）や、特開昭６１−２０６１５７号に開示されている
ように、平板状極板をチューブ状のラミネートフィルム
部材に挿入した後、両端部を熱溶着して密閉したもの
（図２参照）などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】周知の通り、電極の中
には、充放電を繰り返したり長期放置をしておいたりす
ると、膨潤するものがある。電極を自由に膨潤させる
と、電極が変形して短絡を生じたり、電極反応が不均一
になって容量低下が生じたりする。リチウムイオン電池
についてもまたしかりである。金属電槽や剛性樹脂電槽
を用いた電池では極板群に圧迫がかかるので、電極自由
膨潤に起因する前記のような問題は比較的少ない。
には、充放電を繰り返したり長期放置をしておいたりす
ると、膨潤するものがある。電極を自由に膨潤させる
と、電極が変形して短絡を生じたり、電極反応が不均一
になって容量低下が生じたりする。リチウムイオン電池
についてもまたしかりである。金属電槽や剛性樹脂電槽
を用いた電池では極板群に圧迫がかかるので、電極自由
膨潤に起因する前記のような問題は比較的少ない。
【０００７】しかしながら、フィルム部材よりなる袋状
体に極板群を収納する形の上記のような構造のリチウム
イオン電池は、構造的に極板群平板面方向の圧迫力が弱
いため、充放電を繰り返したり長期放置したりすると、
電極の膨潤が生じやすく、短絡や容量低下が生じやすい
という問題がある。前述した特開昭６１−２０６１５７
号の場合は、実開昭６０−１６２３６２号のものに比
べ、多少極板圧迫の配慮がなされているが、未だ実用に
耐えうるものではない。
体に極板群を収納する形の上記のような構造のリチウム
イオン電池は、構造的に極板群平板面方向の圧迫力が弱
いため、充放電を繰り返したり長期放置したりすると、
電極の膨潤が生じやすく、短絡や容量低下が生じやすい
という問題がある。前述した特開昭６１−２０６１５７
号の場合は、実開昭６０−１６２３６２号のものに比
べ、多少極板圧迫の配慮がなされているが、未だ実用に
耐えうるものではない。
【０００８】この発明は上記ような課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、充放
電を繰り返したり長期放置をしておいたりしても電極自
由膨潤による短絡や容量低下が生ずることなく、しかも
製造コストの安いリチウムイオン電池を提供することで
ある。
になされたものであり、その目的とするところは、充放
電を繰り返したり長期放置をしておいたりしても電極自
由膨潤による短絡や容量低下が生ずることなく、しかも
製造コストの安いリチウムイオン電池を提供することで
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明においては、チタ
ン酸リチウムもしくはＸ線広角回折法による（００２）
面の面間隔が３．７オングストロング以上である炭素材
料を負極材料に用いた極板群を、機能性フィルム部材よ
りなる袋状収納体に収納したことを特徴とするリチウム
イオン電池の発明により、上記課題を解決するものであ
る。
ン酸リチウムもしくはＸ線広角回折法による（００２）
面の面間隔が３．７オングストロング以上である炭素材
料を負極材料に用いた極板群を、機能性フィルム部材よ
りなる袋状収納体に収納したことを特徴とするリチウム
イオン電池の発明により、上記課題を解決するものであ
る。
【００１０】すなわち、本発明者らは、チタン酸リチウ
ムやＸ線広角回折法による（００２）面の面間隔が３．
７オングストロング以上である炭素材料を負極材料に用
いた極板群では、リチウムの可逆的なインターカレーシ
ョン、デインタカレーションに伴う電極の膨張収縮が著
しく小さく、これを用いた電池では充放電の繰り返しや
長期放置による電池特性の劣化を抑制することを見いだ
し、本発明の完成に至った。
ムやＸ線広角回折法による（００２）面の面間隔が３．
７オングストロング以上である炭素材料を負極材料に用
いた極板群では、リチウムの可逆的なインターカレーシ
ョン、デインタカレーションに伴う電極の膨張収縮が著
しく小さく、これを用いた電池では充放電の繰り返しや
長期放置による電池特性の劣化を抑制することを見いだ
し、本発明の完成に至った。
【００１１】尚、本発明において、機能性フィルム部材
とは、正極、負極、セパレータ等よりなる極板群や電解
液等と接した時、化学変化を生じたり、電解液が漏出し
たり、酸素や水素あるいは有機蒸気や水蒸気等の気体が
容易に透過したり、容易に破れたりすることのないよう
各種機能性が付与されたシート状部材の総称である。こ
れは例えば、アルミニウムなどの金属やガラスなどの無
機材料からなる箔膜によって形成されるガスバリヤ層と
合成樹脂からなる補強層と接着層とを多重積層したもの
を上げることができるが、必ずしも複数種のシート部材
がラミネートされている必要はなく、同等の機能性能を
有するものであれば単層のものであってもよい。
とは、正極、負極、セパレータ等よりなる極板群や電解
液等と接した時、化学変化を生じたり、電解液が漏出し
たり、酸素や水素あるいは有機蒸気や水蒸気等の気体が
容易に透過したり、容易に破れたりすることのないよう
各種機能性が付与されたシート状部材の総称である。こ
れは例えば、アルミニウムなどの金属やガラスなどの無
機材料からなる箔膜によって形成されるガスバリヤ層と
合成樹脂からなる補強層と接着層とを多重積層したもの
を上げることができるが、必ずしも複数種のシート部材
がラミネートされている必要はなく、同等の機能性能を
有するものであれば単層のものであってもよい。
【００１２】また、本発明において、機能性フィルム部
材よりなる袋状収納体とは、前記機能性フィルム部材を
主たる構成部材とし、極板群や電解液を、収納体自体は
発電要素の自由膨潤を抑止しうるほどの圧迫力を有する
ことなく、機能性フィルム部材自身の熱溶着性もしくは
他の接合部材等により、密閉収納しうるよう構成された
電池容器の総称である。
材よりなる袋状収納体とは、前記機能性フィルム部材を
主たる構成部材とし、極板群や電解液を、収納体自体は
発電要素の自由膨潤を抑止しうるほどの圧迫力を有する
ことなく、機能性フィルム部材自身の熱溶着性もしくは
他の接合部材等により、密閉収納しうるよう構成された
電池容器の総称である。
【００１３】また、本発明において、極板群とは少なく
とも１つの正極と少なくとも１つの負極と少なくとも１
つのセパレータ部材（固体電解質もこれに含める）との
集合体を意味しているが、極板群が巻回されるとき、短
絡を防止するため複数のセパレータが使用されたり、出
力リードの取り付け個所に配慮がなされたりすること
は、当業者における周知・慣用の技術的手段である。
とも１つの正極と少なくとも１つの負極と少なくとも１
つのセパレータ部材（固体電解質もこれに含める）との
集合体を意味しているが、極板群が巻回されるとき、短
絡を防止するため複数のセパレータが使用されたり、出
力リードの取り付け個所に配慮がなされたりすること
は、当業者における周知・慣用の技術的手段である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明するが、下記実施例により何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能である。
詳細に説明するが、下記実施例により何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能である。
【００１５】［正極活物質の調整］ ＬｉＮｉ0.75Ｃｏ
0.2 Ａｌ0.05Ｏ2 の組成の複合酸化物を調整した。調整
方法としては、共沈合成したβ−Ｎｉ1-x Ｃｏx （Ｏ
Ｈ）2とＡｌ（ＯＨ）3 とを所定割合で混合した後、酸
素中において７２０℃で４０時間かけて焼成合成した。
焼成後、これらを平均３．５μｍに粉砕して、リチウム
二次電池用正極活物質を得た。尚、焼成温度としては６
００〜９００℃の範囲で適宜設定してもよい。 ［正極の調整］ ９３重量部のＬｉＮｉ0.75Ｃｏ0.2 Ａ
ｌ0.05Ｏ2 に対し、アセチレンブラックを２．５重量部
混合し、そこにバインダーとしてのポリフッ化ビニリデ
ンが全体の４．５重量部となるよう添加し、さらに溶剤
としてＮ−メチルピロリドンを加えて混練することによ
り、活物質ペーストを得た。次にこの活物質ペーストを
アルミニウム箔よりなる幅５０ｍｍの電極基体に塗布、
乾燥させ、リチウム二次電池用正極を調整した。
0.2 Ａｌ0.05Ｏ2 の組成の複合酸化物を調整した。調整
方法としては、共沈合成したβ−Ｎｉ1-x Ｃｏx （Ｏ
Ｈ）2とＡｌ（ＯＨ）3 とを所定割合で混合した後、酸
素中において７２０℃で４０時間かけて焼成合成した。
焼成後、これらを平均３．５μｍに粉砕して、リチウム
二次電池用正極活物質を得た。尚、焼成温度としては６
００〜９００℃の範囲で適宜設定してもよい。 ［正極の調整］ ９３重量部のＬｉＮｉ0.75Ｃｏ0.2 Ａ
ｌ0.05Ｏ2 に対し、アセチレンブラックを２．５重量部
混合し、そこにバインダーとしてのポリフッ化ビニリデ
ンが全体の４．５重量部となるよう添加し、さらに溶剤
としてＮ−メチルピロリドンを加えて混練することによ
り、活物質ペーストを得た。次にこの活物質ペーストを
アルミニウム箔よりなる幅５０ｍｍの電極基体に塗布、
乾燥させ、リチウム二次電池用正極を調整した。
【００１６】尚、バインダーとしては、上記以外のもの
として、ポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分子も
しくはこれらとセルロース系高分子との混合物またはポ
リフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー等が例示さ
れる。
として、ポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分子も
しくはこれらとセルロース系高分子との混合物またはポ
リフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー等が例示さ
れる。
【００１７】［負極の調整］ 平均粒径３μｍのＬｉＴ
ｉ2 Ｏ4 粉末を９２重量部に対してポリフッ化ビニリデ
ンを８重量部加え、さらにＮ−メチルピロリドン溶液を
加えてペースト化したものを、厚さ２０μｍの銅箔の両
面に塗布して負極板を作成した。また、Ｘ線広角回折法
による（００２）面の面間隔が３．８、３．７、３．４
８及び３．３７オングストングの４種類の炭素材をＬｉ
Ｔｉ2 Ｏ4 の代わりに用いて、それぞれ同様の負極板を
作成した。
ｉ2 Ｏ4 粉末を９２重量部に対してポリフッ化ビニリデ
ンを８重量部加え、さらにＮ−メチルピロリドン溶液を
加えてペースト化したものを、厚さ２０μｍの銅箔の両
面に塗布して負極板を作成した。また、Ｘ線広角回折法
による（００２）面の面間隔が３．８、３．７、３．４
８及び３．３７オングストングの４種類の炭素材をＬｉ
Ｔｉ2 Ｏ4 の代わりに用いて、それぞれ同様の負極板を
作成した。
【００１８】［セパレータの調整］ 厚さ２５μｍのポ
リエチレン微多孔膜をセパレータとして使用した。セパ
レータについても、特に制限されず、従来から使用され
ている種々のセパレータを用いることができる。
リエチレン微多孔膜をセパレータとして使用した。セパ
レータについても、特に制限されず、従来から使用され
ている種々のセパレータを用いることができる。
【００１９】［極板群の調整］上記正負両極とセパレー
タとを扁平渦巻状に巻回した極板群と、正負両極とセパ
レータとを平板状として積層した積層式極板群とを準備
した。前者を図３に、また後者を図４に示す。これらの
図において、１は正極板、２はセパレータ、３は負極
板、４は出力リード、７は巻回式極板群、８は積層式極
板群である。各々の極板群の端部は、極板群の離散解離
を防ぐため、テープ（図示せず）で固定してある。この
実施例での巻回式極板群の扁平部の厚みは１０ｍｍであ
り、積層式極板群の厚みは９ｍｍであった。
タとを扁平渦巻状に巻回した極板群と、正負両極とセパ
レータとを平板状として積層した積層式極板群とを準備
した。前者を図３に、また後者を図４に示す。これらの
図において、１は正極板、２はセパレータ、３は負極
板、４は出力リード、７は巻回式極板群、８は積層式極
板群である。各々の極板群の端部は、極板群の離散解離
を防ぐため、テープ（図示せず）で固定してある。この
実施例での巻回式極板群の扁平部の厚みは１０ｍｍであ
り、積層式極板群の厚みは９ｍｍであった。
【００２０】［非水電解液の調整］ エチレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートとの体積比４：６の混合溶
媒に、ＬｉＰＦ6 を１モル／ｌ溶かして非水系電解液を
調整した。非水系電解液についても、上記に制限される
ものではなく、プロピレンカーボネート、１，２−ブチ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、スルホラン、ガンマブチロラクトン等の溶
媒との混合溶媒にＬｉＢＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 等の溶質を
溶かした溶液など、種々のものを用いることができる。
ートとジエチルカーボネートとの体積比４：６の混合溶
媒に、ＬｉＰＦ6 を１モル／ｌ溶かして非水系電解液を
調整した。非水系電解液についても、上記に制限される
ものではなく、プロピレンカーボネート、１，２−ブチ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、スルホラン、ガンマブチロラクトン等の溶
媒との混合溶媒にＬｉＢＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 等の溶質を
溶かした溶液など、種々のものを用いることができる。
【００２１】［電池の調整］次に、３０μｍのアルミニ
ウム箔の両面に６０μｍのポリエチレンをラミネートし
たフィルムよりなる、一端が開口した袋状収納体５に上
記極板群を収納し、所定量の電解液を注入した後、袋状
収納体５の開口部を熱溶着法により密閉した。図５は巻
回式極板群７を収納したリチウムイオン電池の側壁部欠
裁模式図であり、図６は積層式極板群８を収納したリチ
ウムイオン電池の側壁部欠裁模式図である。６は袋状収
納体５に取りつけられた圧力開放弁であり、袋状収納体
内部圧力が設定値以上になった場合にのみ開口するよう
構成されている。このようにして、電極の構造及び負極
材料の種類に応じて、表１のイ〜ヌの１０種類の電池を
作成した。
ウム箔の両面に６０μｍのポリエチレンをラミネートし
たフィルムよりなる、一端が開口した袋状収納体５に上
記極板群を収納し、所定量の電解液を注入した後、袋状
収納体５の開口部を熱溶着法により密閉した。図５は巻
回式極板群７を収納したリチウムイオン電池の側壁部欠
裁模式図であり、図６は積層式極板群８を収納したリチ
ウムイオン電池の側壁部欠裁模式図である。６は袋状収
納体５に取りつけられた圧力開放弁であり、袋状収納体
内部圧力が設定値以上になった場合にのみ開口するよう
構成されている。このようにして、電極の構造及び負極
材料の種類に応じて、表１のイ〜ヌの１０種類の電池を
作成した。
【００２２】上記実施例では、アルミニウム箔の両面に
ポリエチレンをラミネートしたシートを用いたが、ポリ
エチレンの代わりポリエチレンテレフタレート、ポリプ
ロピレン、ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いたり、ポリ
塩化ビニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合ケン化物、
ポリアクリロニトリル等のバリアー層をラミネートした
機能性フィルムを使用することもできる。
ポリエチレンをラミネートしたシートを用いたが、ポリ
エチレンの代わりポリエチレンテレフタレート、ポリプ
ロピレン、ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いたり、ポリ
塩化ビニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合ケン化物、
ポリアクリロニトリル等のバリアー層をラミネートした
機能性フィルムを使用することもできる。
【００２３】また、上記実施例では一端が開口した袋状
収納体を用いたが、２枚の機能性フィルム部材の間に極
板群をはさみ込み周囲を接合する方法や、両端が開口し
た筒状体を用い両端開口部を接合する方法などを採用す
ることもできる。更に、本発明は有機電解液電池だけで
はなく、固体電解質電池に適用してもよい。。
収納体を用いたが、２枚の機能性フィルム部材の間に極
板群をはさみ込み周囲を接合する方法や、両端が開口し
た筒状体を用い両端開口部を接合する方法などを採用す
ることもできる。更に、本発明は有機電解液電池だけで
はなく、固体電解質電池に適用してもよい。。
【００２４】［試験］上記２種類のリチウムイオン電池
を充放電サイクル試験に供した。尚、試験条件は次の通
りである。
を充放電サイクル試験に供した。尚、試験条件は次の通
りである。
【００２５】 充電：２００ｍＡ定電流／４．１Ｖ定電圧×５ｈ（２５
℃） 放電：４００ｍＡ定電流，終止定電圧３．０Ｖ（２５
℃） ［試験結果］ 図７〜１０に、５００サイクル目までの
放電容量の平均値（各々１０セルづつ）を示す。図７、
８は巻回式極板群を用いたリチウムイオン電池のもので
あり、図９、１０は積層式極板群を用いたリチウムイオ
ン電池のものである。また、図７、９は炭素質材料を負
極に用いたリチウムイオン電池のものであり、図８、１
０はチタン酸リチウムを負極に用いたリチウムイオン電
池のものである。
℃） 放電：４００ｍＡ定電流，終止定電圧３．０Ｖ（２５
℃） ［試験結果］ 図７〜１０に、５００サイクル目までの
放電容量の平均値（各々１０セルづつ）を示す。図７、
８は巻回式極板群を用いたリチウムイオン電池のもので
あり、図９、１０は積層式極板群を用いたリチウムイオ
ン電池のものである。また、図７、９は炭素質材料を負
極に用いたリチウムイオン電池のものであり、図８、１
０はチタン酸リチウムを負極に用いたリチウムイオン電
池のものである。
【００２６】図７、８の結果より、チタン酸リチウムも
しくは（００２）面の面間隔が３．７オングストロング
以上の炭素質材料を負極に用いたリチウムイオン電池の
サイクル寿命性能は、（００２）面の面間隔が３．７オ
ングストロング以下の炭素質材料を用いたリチウムイオ
ン電池よりも優れていることがわかる。
しくは（００２）面の面間隔が３．７オングストロング
以上の炭素質材料を負極に用いたリチウムイオン電池の
サイクル寿命性能は、（００２）面の面間隔が３．７オ
ングストロング以下の炭素質材料を用いたリチウムイオ
ン電池よりも優れていることがわかる。
【００２７】同様に、図９、１０の結果より、全体とし
ては図７、８の結果よりも多少劣るものの、チタン酸リ
チウムもしくは（００２）面の面間隔が３．７オングス
トロング以上の炭素質材料を負極に用いたリチウムイオ
ン電池のサイクル寿命性能は、（００２）面の面間隔が
３．７オングストロング以下の炭素質材料を用いたリチ
ウムイオン電池よりも優れていることがわかる。
ては図７、８の結果よりも多少劣るものの、チタン酸リ
チウムもしくは（００２）面の面間隔が３．７オングス
トロング以上の炭素質材料を負極に用いたリチウムイオ
ン電池のサイクル寿命性能は、（００２）面の面間隔が
３．７オングストロング以下の炭素質材料を用いたリチ
ウムイオン電池よりも優れていることがわかる。
【００２８】本願発明者らは、これら性能の差異が何に
起因しているのかを調査した結果、負極活物質の充放電
に伴う極板の膨潤の程度の差異に基づくことを見いだし
た。５００サイクル終了時における極板群の膨れ（巻回
式極板群の場合には扁平部の中央部、積層式極板群の場
合には中央部）を表１に示す。
起因しているのかを調査した結果、負極活物質の充放電
に伴う極板の膨潤の程度の差異に基づくことを見いだし
た。５００サイクル終了時における極板群の膨れ（巻回
式極板群の場合には扁平部の中央部、積層式極板群の場
合には中央部）を表１に示す。
【００２９】
【表１】 この表より明らかなように、チタン酸リチウムと、（０
０２）面の面間隔が３．７オングストロング以上の炭素
材料とを負極材料に用いた場合には、膨れ度合いが小さ
いことがわかる。これは、充放電の繰り返しにともなう
結晶格子間へのリチウムイオン出入りに伴い、（００
２）面の面間隔が３．７オングストロング以下の炭素材
では結晶格子の膨張が著しく大きいことによるものと推
測される。その結果、（００２）面の面間隔が３．７オ
ングストロング以下の炭素材料を負極に用いた電池で
は、電極が変形して電極反応が不均一になり容量低下が
生じたのでろう。
０２）面の面間隔が３．７オングストロング以上の炭素
材料とを負極材料に用いた場合には、膨れ度合いが小さ
いことがわかる。これは、充放電の繰り返しにともなう
結晶格子間へのリチウムイオン出入りに伴い、（００
２）面の面間隔が３．７オングストロング以下の炭素材
では結晶格子の膨張が著しく大きいことによるものと推
測される。その結果、（００２）面の面間隔が３．７オ
ングストロング以下の炭素材料を負極に用いた電池で
は、電極が変形して電極反応が不均一になり容量低下が
生じたのでろう。
【００３０】尚、積層式極板群より巻回式極板群の方が
全体としてサイクル特性が良かった理由は、前者に比べ
後者のほうが、巻回による極板群相互の拘束力により、
充放電に伴う負極板の自由膨潤が制限され、極板の膨張
がより少なかったことによるものと推測される。本実施
例では、巻回式極板群として扁平渦巻状のものについて
説明したが、円筒渦巻状の巻回式極板群の方が相互の拘
束力がつよく膨潤抵抗は大きいので、実施の態様によっ
ては円筒型巻回式極板群を用いた方がよいこともある。
全体としてサイクル特性が良かった理由は、前者に比べ
後者のほうが、巻回による極板群相互の拘束力により、
充放電に伴う負極板の自由膨潤が制限され、極板の膨張
がより少なかったことによるものと推測される。本実施
例では、巻回式極板群として扁平渦巻状のものについて
説明したが、円筒渦巻状の巻回式極板群の方が相互の拘
束力がつよく膨潤抵抗は大きいので、実施の態様によっ
ては円筒型巻回式極板群を用いた方がよいこともある。
【００３１】以上の結果より、負極にチタン酸リチウム
もしくは（００２）面の面間隔が３．７オングストロン
グ以上である炭素材料を用いた極板群を、機能性フィル
ム部材よりなる袋状収納体に収納したことを特徴とする
リチウムイオン電池とすることにより、従来、実用に供
し難かった薄型で安価なリチウムイオン電池の提供が可
能になったばかりではなく、巻回式極板群や積層式極板
群を用いることで従来にも増して高容量のリチウムイオ
ン電池を安価に提供することができる。
もしくは（００２）面の面間隔が３．７オングストロン
グ以上である炭素材料を用いた極板群を、機能性フィル
ム部材よりなる袋状収納体に収納したことを特徴とする
リチウムイオン電池とすることにより、従来、実用に供
し難かった薄型で安価なリチウムイオン電池の提供が可
能になったばかりではなく、巻回式極板群や積層式極板
群を用いることで従来にも増して高容量のリチウムイオ
ン電池を安価に提供することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかるリチ
ウムイオン電池は、チタン酸リチウムもしくはＸ線広角
回折法による（００２）面の面間隔が３．７オングスト
ロング以上である炭素材料を負極材料に用いた極板群
を、機能性フィルム部材よりなる袋状収納体に収納した
ことを特徴とするものである。
ウムイオン電池は、チタン酸リチウムもしくはＸ線広角
回折法による（００２）面の面間隔が３．７オングスト
ロング以上である炭素材料を負極材料に用いた極板群
を、機能性フィルム部材よりなる袋状収納体に収納した
ことを特徴とするものである。
【００３３】これにより、充放電に伴う電極の自由膨潤
が極めて少なく、充放電を繰り返したり長期放置をして
おいたりしても短絡や容量低下が生ずることがなく、し
かも金属ケースを使用しないので製造容易でコストも安
いリチウムイオン電池の提供可能となった。さらに、平
板状の電極とセパレータとを幾層にも積層した発電要素
や渦巻状に巻回した極板群を用いることで、従来のこの
種収納容器を用いた電池に比べ、はるかに高容量の電池
を構成することができる。
が極めて少なく、充放電を繰り返したり長期放置をして
おいたりしても短絡や容量低下が生ずることがなく、し
かも金属ケースを使用しないので製造容易でコストも安
いリチウムイオン電池の提供可能となった。さらに、平
板状の電極とセパレータとを幾層にも積層した発電要素
や渦巻状に巻回した極板群を用いることで、従来のこの
種収納容器を用いた電池に比べ、はるかに高容量の電池
を構成することができる。
【００３４】本願発明を評価する上で、まず再認識され
るべきは、従来の機能性シート部材よりなる袋状収納体
に極板群を収納するこの種電池においては、薄型化が設
計思想の中心であり、勢い放電容量も少ないものしかな
く、しかも充放電サイクルの進行に伴う容量低下の度合
いが大きいため、実用に耐え得るものはなかったという
ことである。
るべきは、従来の機能性シート部材よりなる袋状収納体
に極板群を収納するこの種電池においては、薄型化が設
計思想の中心であり、勢い放電容量も少ないものしかな
く、しかも充放電サイクルの進行に伴う容量低下の度合
いが大きいため、実用に耐え得るものはなかったという
ことである。
【００３５】本願発明者らは、製造コストが易く、しか
も性能のよいリチウムイオン電池を提供するにはどのよ
うな手段を講ずるとよいかという課題解決手段の模索の
過程で、負極材料にチタン酸リチウムもしくは（００
２）面の面間隔が３．７オングストロング以上である炭
素材料を用いれば、電極の自由膨潤が極めてすくなく、
サイクル性能が良いという知見とともに、機能性フィル
ム部材を用いた袋状収納体方式のリチウムイオン電池で
あっても薄型化のみが追求されたものではなくてもよい
という発想の転換とを得て、本願発明の着想・完成に至
ったものであり、本発明は、当業者が容易に想定し得え
る程度のものでないということこそ銘記されるべきであ
る。
も性能のよいリチウムイオン電池を提供するにはどのよ
うな手段を講ずるとよいかという課題解決手段の模索の
過程で、負極材料にチタン酸リチウムもしくは（００
２）面の面間隔が３．７オングストロング以上である炭
素材料を用いれば、電極の自由膨潤が極めてすくなく、
サイクル性能が良いという知見とともに、機能性フィル
ム部材を用いた袋状収納体方式のリチウムイオン電池で
あっても薄型化のみが追求されたものではなくてもよい
という発想の転換とを得て、本願発明の着想・完成に至
ったものであり、本発明は、当業者が容易に想定し得え
る程度のものでないということこそ銘記されるべきであ
る。
【図１】従来例を示す図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】扁平渦巻回式極板群を示す図である。
【図４】平板状積層極板群を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す図である。
【図６】本発明の比較例を示す図である。
【図７】試験結果を示す図である。
【図８】試験結果を示す図である。
【図９】試験結果を示す図である。
【図１０】試験結果を示す図である。
１ 正極 ２ セパレータ ３ 負極 ４ 出力リード ５ 袋状収納体 ６ 圧力開放弁 ７ 扁平渦巻状巻回式極板群 ８ 平板積層式極板群
Claims (3)
- 【請求項１】 チタン酸リチウムもしくはＸ線広角回折
法による（００２）面の面間隔が３．７オングストロン
グ以上である炭素材料を負極材料に用いた極板群を、機
能性フィルム部材よりなる袋状収納体に収納したことを
特徴とするリチウムイオン電池。 - 【請求項２】 極板群が平板状極板と平板状セパレータ
との積層式極板群であることを特徴とする請求項１記載
のリチウムイオン電池。 - 【請求項３】 極板群が極板とセパレータとの巻回式極
板群であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイ
オン電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02601396A JP3555124B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | リチウムイオン電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02601396A JP3555124B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | リチウムイオン電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199179A true JPH09199179A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3555124B2 JP3555124B2 (ja) | 2004-08-18 |
Family
ID=12181820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02601396A Expired - Lifetime JP3555124B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | リチウムイオン電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3555124B2 (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000067906A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Sony Corp | 固体電解質電池 |
| JP2000149905A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-05-30 | Sony Corp | 固体電解質電池 |
| EP1022798A2 (en) | 1999-01-22 | 2000-07-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
| JP2003282148A (ja) * | 1998-08-31 | 2003-10-03 | Toshiba Corp | 薄型リチウムイオン二次電池 |
| WO2007064046A1 (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Gs Yuasa Corporation | 非水電解質電池、その製造方法及び使用方法 |
| JP2008060076A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-03-13 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 非水電解質二次電池 |
| US7662515B2 (en) | 2005-07-07 | 2010-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| JP2010192459A (ja) * | 2010-04-28 | 2010-09-02 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池 |
| US7910247B2 (en) | 2003-09-24 | 2011-03-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery |
| US7923152B2 (en) | 2006-03-30 | 2011-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| US7927740B2 (en) | 2005-03-24 | 2011-04-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Battery pack and vehicle |
| US8039151B2 (en) | 2005-07-07 | 2011-10-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Negative electrode active material, nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| US8293408B2 (en) | 2007-09-25 | 2012-10-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active materials for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery |
| US8435667B2 (en) | 2006-10-23 | 2013-05-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Assembled battery, manufacturing method of the same, and vehicle provided with assembled battery |
| US8524411B2 (en) | 2008-02-07 | 2013-09-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous-electrolyte battery and battery assembly |
| US8551631B2 (en) | 2008-03-06 | 2013-10-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Assembled battery, and vehicle equipped with the assembled battery |
| US8728670B2 (en) | 2007-08-23 | 2014-05-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous-electrolyte battery containing a negative electrode with a coating film formed by an isocyanate-containing compound in the nonaqueous electrolyte |
| US9543615B2 (en) | 2012-02-27 | 2017-01-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack |
| US9543614B2 (en) | 2014-07-31 | 2017-01-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack |
| JP2017059551A (ja) * | 2004-08-30 | 2017-03-23 | トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド | 電池 |
| KR20170032903A (ko) | 2014-11-27 | 2017-03-23 | 가부시끼가이샤 도시바 | 전지용 활물질, 비수전해질 전지, 조전지, 전지 팩 및 자동차 |
| US10230098B2 (en) | 2007-08-10 | 2019-03-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active material for battery, manufacturing method of the same, non-aqueous electrolytic battery and battery pack |
| US10840563B2 (en) | 2017-03-21 | 2020-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Secondary battery, battery pack, and vehicle |
| US10886574B2 (en) | 2017-03-17 | 2021-01-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Porous electrode including titanium-containing oxide, secondary battery, battery pack, and vehicle |
| US11139476B2 (en) | 2019-03-12 | 2021-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active material, electrode, secondary battery, battery pack, and vehicle |
| US11456449B2 (en) | 2018-08-02 | 2022-09-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrode for a secondary battery, secondary battery, battery pack and vehicle |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010008058A1 (ja) | 2008-07-17 | 2010-01-21 | 旭硝子株式会社 | 非水電解質電池用負極コンポジット |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP02601396A patent/JP3555124B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2000067906A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-03-03 | Sony Corp | 固体電解質電池 |
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| JP2017059551A (ja) * | 2004-08-30 | 2017-03-23 | トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド | 電池 |
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| US7829224B2 (en) | 2005-07-07 | 2010-11-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| US7662515B2 (en) | 2005-07-07 | 2010-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| US8557443B2 (en) | 2005-07-07 | 2013-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
| US8734995B2 (en) | 2005-07-07 | 2014-05-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonaqueous electrolyte battery, battery pack and vehicle |
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