JPH09259866A - リチウム二次電池 - Google Patents

リチウム二次電池

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JPH09259866A
JPH09259866A JP8059796A JP5979696A JPH09259866A JP H09259866 A JPH09259866 A JP H09259866A JP 8059796 A JP8059796 A JP 8059796A JP 5979696 A JP5979696 A JP 5979696A JP H09259866 A JPH09259866 A JP H09259866A
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JP
Japan
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negative electrode
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sheet
plating layer
copper
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JP8059796A
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Hideaki Nagura
秀哲 名倉
Kohei Yamamoto
浩平 山本
Yoshiro Harada
吉郎 原田
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FDK Corp
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    • 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
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負極材料に吸蔵されたリチウムと銅製または
銅合金製の基材との合金化を防止すること。 【解決手段】 リチウム二次電池は、シート状正極2と
シート状負極4とをセパレータ6を介して積層しスパイ
ラル状に巻回して形成した電極群8を、負極缶10の内
部に収装し、負極缶内部に非水電解液12を注液してか
ら、負極缶の開口端部にガスケット14を介して正極板
16を封止し組み立てたものである。この電池では、正
極2と負極4との間で一方が放出したリチウムイオンを
他方が吸蔵するという可逆反応によって充放電を行うよ
うになっている。負極4は銅製または銅合金製の薄板状
基材にニッケルメッキ層を施し、ニッケルメッキ層の上
に負極材料塗布層24を形成したものである。これによ
り、負極では、薄板状基材と負極材料との間にニッケル
メッキ層が介在するので、負極材料がリチウムイオンを
吸蔵したときに前記基材との合金化を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
の負極の改良に係り、特に、この負極がリチウムの吸蔵
放出を行う銅製または銅合金製の基材に負極材料塗布層
を形成し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】一般的に知られたリチウム二次電池とし
ては、正極と負極との間で一方が放出したリチウムイオ
ンを他方が吸蔵するという可逆反応によって充放電を行
うものがある。この電池では、正極が正極活物質として
リチウム−金属複合酸化物などを備え、また、負極が負
極材料としてリチウムイオンの吸蔵放出可能な炭素質材
料などを備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記負極と
しては、例えば、前記負極材料にバインダーなどを加
え、これを銅製または銅合金製の基材に塗布して、基材
上に負極材料塗布層を形成し構成したものがある。
【0004】しかしながら、このような構成の負極で
は、負極材料が基材表面に直接塗布されていたので、負
極材料がリチウムイオンを吸蔵したときに、そのリチウ
ムイオンと、銅製または銅合金製の基材との間で合金化
が生じ問題が起きていた。つまり、この合金化により生
成された合金化物が負極材料塗布層と基材との間に介在
し、これにより負極材料塗布層と基材との密着性が低下
し、十分な密着面が確保されず、電池の容量低下などが
引き起こされていたのである。
【0005】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、負極材料に吸蔵されたリチウム
と銅製または銅合金製の基材との合金化を防止するリチ
ウム二次電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係るリチウム二次電池にあっては、正極と
負極との間で一方が放出したリチウムイオンを他方が吸
蔵するという可逆反応によって充放電を行うリチウム二
次電池において、該負極は、銅製または銅合金製の基材
にニッケルメッキ層を施し、該ニッケルメッキ層の上に
リチウムイオンの吸蔵放出が可能な負極材料塗布層を形
成してなる。
【0007】これにより、銅製または銅合金製の基材と
負極材料との間には、ニッケルメッキ層が介在するの
で、負極材料がリチウムイオンを吸蔵したときに、負極
材料のリチウムイオンと銅製または銅合金製の前記基材
とが合金化することを防止することができる。
【0008】また、前記基材として銅製または銅合金製
のシート基材を用い、該シート基材の片面に前記ニッケ
ルメッキ層を施し該シート基材の該ニッケルメッキ層の
上に前記負極材料を塗布したものを塗布シートとし、該
塗布シートを中央部で2つに折り曲げ相互に重ね合わせ
て該負極材料が表裏両面に表出するようにしたもの、若
しくは該塗布シートを2枚相互に重ね合わせ双方の該シ
ート基材を互いに電気的に接続して該負極材料塗布層が
表裏両面に表出するようにしたものを前記負極として用
いてなる。このような構成の負極では、少なくともシー
ト基材の片面にニッケルメッキ層を施せばよく、負極材
料塗布層が表裏両面に表出したシート状の負極を簡便に
形成することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係るリチウム二次
電池について、添付図面に基づき詳述する。本発明に係
るリチウム二次電池は、正極がリチウム−金属複合酸化
物などを正極活物質として備え、また、負極がリチウム
の吸蔵放出可能な炭素質材料などを負極材料として備え
ていて、正極と負極との間で一方が放出したリチウムイ
オンを他方が吸蔵するという可逆反応によって充放電を
行うものである。すなわち、この電池では、充電を行う
と正極の正極活物質からリチウムが放出されて負極の負
極材料に吸蔵され、 他方、放電時には、負極材料から
リチウムが放出されて正極活物質に吸蔵されるようにな
っている。
【0010】図1は、本発明に係るリチウム二次電池の
一例を示したものである。このリチウム二次電池は、シ
ート状正極2とシート状負極4とをポリプロピレン製微
多孔膜からなるシート状のセパレータ6を介して積層し
スパイラル状に巻回して形成した電極群8を、有底筒状
の負極缶10の内部に収装し、負極缶10内部に非水電
解液12を注液してから、負極缶10の開口端部にガス
ケット14を介して正極板16を封止し組み立てたもの
である。
【0011】ここで、シート状正極2は、例えばLiC
oO2 などからなるリチウム−金属複合酸化物と、例え
ば黒鉛などからなる導電材と、例えばポリフッ化ビニリ
デン(PVDF)などからなるバインダーとの混合粉末
に、N−メチル−ピロリドンを混合し混練して作成した
スラリー状のものを正極活物質とし、この正極活物質を
例えば厚さ20μm程のアルミニウム箔などの金属製の
基材の両面または片面に塗布し、乾燥及び圧延などを行
って製作したものである。そして、このシート状正極
は、基材に固設接続された正極リード板を有し、図1に
示すように、この正極リード板18が電極群8の上端面
より延出して正極板16の下面に溶接接続されている。
【0012】他方、シート状負極4は、図2に示すよう
に、銅製または銅合金製の薄板状基材20の表面に、ニ
ッケルメッキ層22が施され、このニッケルメッキ層2
2の上に負極材料塗布層24が形成されて構成されてい
る。ニッケルメッキ層22は、薄板状基材20の厚さが
15μm程である場合に例えば1μm程施され、薄板状
基材20の表裏両面若しくは片面に形成される。また、
負極材料塗布層24も薄板状基材20の表裏両面若しく
は片面に塗布される。
【0013】ここで、前記薄板状基材20は、例えば厚
さ15μ程の銅箔や銅ホイルなどからなり、この薄板状
基材20の他には、銅製または銅合金製であって多孔質
状やネット状などの形態を有する基材がある。
【0014】また、前記負極材料塗布層24は、例えば
人造黒鉛などのリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素質
材料などからなる負極材料と、例えばポリフッ化ビニリ
デン(PVDF)などからなるバインダーとの混合粉末
に、N−メチル−ピロリドンを混合し混練して作成した
スラリー状のものを前記薄板状基材20に塗布した後、
乾燥及び圧延などを行って形成したものである。
【0015】また、シート状負極4の右端部には、負極
材料塗布層24が形成されていない無塗布部26が設け
られ、この無塗布部26の薄板状基材20の表面に負極
リード板28が固設接続されている。この負極リード板
28は、図1に示すように、電極群12の下端より延出
して負極缶10の内底面に溶接接続されている。
【0016】また、他の形態のシート状負極4として
は、同じく銅製または銅合金製のシート状基材を用い
て、この薄板状基材の片面にニッケルメッキ層を施し、
このニッケルメッキ層の上に負極材料塗布層を形成した
ものを塗布シートとし、この塗布シートを中央部で2つ
に折り曲げ相互に重ね合わせて負極材料塗布層が表裏両
面に表出するようにしたものがある。また、この他、前
記塗布シートを2枚相互に重ね合わせ双方のシート基材
を互いに電気的に接続して負極材料塗布層が表裏両面に
表出するようにしたものなどがある。
【0017】これらの場合には、少なくとも薄板状基材
の片面にニッケルメッキ層を施せばよく、負極材料塗布
層が表裏両面に表出したシート状の負極を簡便に形成す
ることができる。
【0018】また、非水電解液12は、有機溶媒にリチ
ウム塩などの電解質を溶解させたものである。ここで、
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート
(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチル
カーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(E
C)、1,2−ジメトキシエタン(DME)などが1種
単独若しくは2種以上混合で用いられる。また、電解質
としては、例えば、LiPF6 、LiClO4 、LiB
4 などがある。
【0019】このような構成を有するリチウム二次電池
によれば、シート状負極4において、銅製または銅合金
製の薄板状基材20と、負極材料塗布層24との間に、
ニッケルメッキ層22が介在しているので、負極材料が
リチウムイオンを吸蔵したときに、負極材料中のリチウ
ムイオンと、銅製または銅合金製の薄板状基材20とが
合金化することを防止することができる。これにより、
負極材料塗布層と薄板状基材20との密着性を保持する
ことができ、電池の容量保持性の向上を図ることができ
る。
【0020】以下に、本発明の効果を確認するために行
った試験について説明する。この試験では、試験で用い
るリチウム二次電池として図1に示すような電池の組み
立てを行った。この電池のシート状正極は、LiCoO
2 と黒鉛とポリフッ化ビニリデンとを比率85:8:7
で混合し、これにより得た混合粉末にN−メチル−ピロ
リドンを混合し混練して作成したスラリー状の正極活物
質を、厚さ20μm程のアルミニウム箔表面に塗布して
乾燥及び圧延などを行い製作した。
【0021】また、シート状負極では、人造黒鉛とポリ
フッ化ビニリデンとを比率92:8で混合し、これによ
り得た混合粉末にN−メチル−ピロリドンを混合し混練
してなるスラリー状のものを、厚さ15μm程の銅箔表
面に施された厚さ1μm程のニッケルメッキ層の上に塗
布し、さらに乾燥及び圧延などを行って負極材料塗布層
を形成して図2に示すようなシート状負極を製作した。
【0022】これらシート状正極とシート状負極とをポ
リプロピレン製微多孔膜からなるセパレータとともに積
層し巻回して外径17mm、高さ60mmの電極群とし
た。
【0023】この電極群を内径17.5mmの負極缶に
収装し、負極缶内部に、エチレンカーボネート(EC)
とジエチルカーボネート(DEC)とを比率1:1で混
合した溶媒にLiPF6 を1mol/リットル溶解させ
て作成した非水電解液を注液した。さらに負極缶の開口
端部にガスケットを介して正極板を封止して本発明品を
得た。また、この本発明品と共に、前記シート状負極の
銅箔にニッケルメッキ層を施さなかったものを比較品と
して組み立てた。
【0024】そして、これら本発明品及び比較品に対
し、充電条件を定電流500mA,定電圧4.1Vと
し、また放電条件が定電流500mA,終止電圧3Vと
して充放電を繰り返す充放電サイクル試験を行った。こ
のとき、各サイクル毎に放電容量を測定した。この測定
結果から、各サイクルについて、充電容量に対する放電
容量の割合を容量維持率として求め、横軸にサイクル
数、縦軸に容量維持率を取り、図3にグラフとして示し
た。
【0025】この図3から、本発明品では充放電を重ね
ても約98%ほどの高い容量維持率が安定し保持されて
いるのに対し、比較品では、初め数回の充放電で容量維
持率が大幅な低下しており、その後回復もなく、本発明
品に比べてロス容量が大きいことが認められる。このこ
とから、本発明品の方が比較品に比べてロス容量が少な
く、充放電サイクル特性に優れていることが確認され
た。
【0026】また、前記本発明品及び比較品について
は、1回充放電を行い、2回目の充電を行った後、温度
約60℃の環境下で20日間にわたる保存を行った。そ
して、保存直後、2回目の放電を行って2回目の容量維
持率を求め、さらに3回目の充放電を行って3回目の容
量維持率を求め、以下の表2に示した。
【0027】
【表1】 この表1から、前記保存後得た2回目の容量維持率につ
いては、比較品では約70%であるのに対し、本発明品
では約83%であり、本発明品の方が保存によるロスが
少ないことが認められる。また、保存後の3回目の容量
維持率については、比較品では約85%であるのに対
し、本発明品では約96%となっていて、保存後におい
ても本発明品の方が比較品に比べて劣化が少ないことが
認められる。これらのことから、本発明品の方が、従来
品に比べて保存特性に優れていることが確認された。
【0028】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態で詳述したよう
に、本発明に係るリチウム二次電池によれば、銅製また
は銅合金製の基材にニッケルメッキ層を施し、ニッケル
メッキ層の上にリチウムイオンの吸蔵放出が可能な負極
材料塗布層を形成したものを負極としたことで、基材と
負極材料との間にニッケルメッキ層が介在し、負極材料
がリチウムイオンを吸蔵したときに、負極材料中のリチ
ウムイオンと前記基材との合金化を防止することができ
るので、負極材料塗布層と基材との密着性を保持して電
池の容量保持性の向上を図ることができる。
【0029】また、前記基材として銅製または銅合金製
のシート基材が中央部で2つに折り曲げられ相互に重ね
合わされたり、またこのシート基材が2枚相互に重ね合
わされて負極に用いられる場合には、少なくともシート
基材の片面にニッケルメッキ層を施せばよく、負極材料
が表裏両面に表出したシート状の負極を簡便に形成する
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内部構造を示
した縦断面図である。
【図2】本発明に係るリチウム二次電池のシート状負極
の断面構造を示した一部破断斜視図である。
【図3】本発明品及び比較品に係る容量維持率特性を示
したグラフである。
【符号の説明】
2 シート状正極 4 シート状負極 6 セパレータ 8 電極群 10 負極缶 12 電解液 14 ガスケット 16 正極板 18 正極リード板 20 薄板状基材 22 ニッケルメッキ層 24 負極材料塗布層 26 無塗布部 28 負極リード板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極(2)と負極(4)との間で一方が
    放出したリチウムイオンを他方が吸蔵するという可逆反
    応によって充放電を行うリチウム二次電池において、該
    負極(4)は、銅製または銅合金製の基材(20)にニ
    ッケルメッキ層(22)を施し、該ニッケルメッキ層
    (22)の上にリチウムイオンの吸蔵放出が可能な負極
    材料塗布層(24)を形成してなることを特徴とするリ
    チウム二次電池。
  2. 【請求項2】 前記基材として銅製または銅合金製のシ
    ート基材を用い、該シート基材の片面に前記ニッケルメ
    ッキ層を施し該シート基材の該ニッケルメッキ層の上に
    前記負極材料塗布層を形成したものを塗布シートとし、
    該塗布シートを中央部で2つに折り曲げ相互に重ね合わ
    せて該負極材料塗布層が表裏両面に表出するようにした
    もの、若しくは該塗布シートを2枚相互に重ね合わせ双
    方の該シート基材を互いに電気的に接続して該負極材料
    塗布層が表裏両面に表出するようにしたものを前記負極
    として用い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。
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