JPH09259891A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH09259891A
JPH09259891A JP8064228A JP6422896A JPH09259891A JP H09259891 A JPH09259891 A JP H09259891A JP 8064228 A JP8064228 A JP 8064228A JP 6422896 A JP6422896 A JP 6422896A JP H09259891 A JPH09259891 A JP H09259891A
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JP
Japan
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positive electrode
negative electrode
secondary battery
electrolyte secondary
battery
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Withdrawn
Application number
JP8064228A
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English (en)
Inventor
Shigeki Murayama
茂樹 村山
Fuminari Itou
文就 伊藤
Yoshito Inoue
嘉人 井上
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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】 【課題】 内部短絡が発生した場合においても、速やか
に内部短絡を解消して絶縁を回復させ、内部短絡による
電池温度の急激な温度上昇を防止し、安全性と信頼性を
向上させた非水電解液二次電池の提供する。 【解決手段】 活物質2、5が集電体1、4に保持され
てなる正極3及び負極6と、セパレータ7と、非水電解
液とから構成される非水電解液二次電池において、上記
集電体1、4の少なくとも一方が、金属薄膜を成膜した
プラスチックフィルムからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池に関し、特にポータブル用電子機器の電源等に用いら
れるリチウム二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩によ
り、電子機器の小型化、軽量化、高性能化が進み、これ
ら電子機器には、エネルギー密度の高い二次電池が要求
されている。従来、これら電子機器に使用される二次電
池としてニッケル・カドミウム電池や鉛電池などが挙げ
られるが、これら電池では、エネルギー密度が高い電池
を得るという点で不十分であった。
【0003】このような状況下で、正極としてリチウム
コバルト複合酸化物などのリチウム複合酸化物を使用
し、負極として炭素材料などのようなリチウムイオンを
ドープ及び脱ドープ可能な物質を使用した非水電解液二
次電池、いわゆるリチウムイオン二次電池の研究・開発
が行われている。このリチウムイオン二次電池は、高エ
ネルギー密度を有し、自己放電も少なく、サイクル特性
に優れ、かつ軽量という優れた特性を有する。
【0004】このリチウムイオン二次電池は、一般的
に、アルミ箔からなる正極集電体に正極活物質を塗布し
てなる正極と、銅箔からなる負極集電体に負極活物質を
塗布してなる負極とから構成される。そして、このリチ
ウムイオン二次電池は、負極、セパレータ、正極、セパ
レータをこの順に積層して4層構造の積層電極体とし、
この積層電極体が多数回巻回された渦巻式電極体を電池
缶に収納してなるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集電体
に金属箔を用いたリチウムイオン二次電池は、充電器が
壊れたりユーザなどの誤った使い方などによって4.2
V以上に充電されると、負極に入りきれなくなったリチ
ウムイオンが金属リチウムとして枝状に析出して内部短
絡が発生したり、また何らかの他の理由で内部短絡が発
生して使用できなくなってしまう虞があった。また、こ
のリチウムイオン二次電池においては、この内部短絡に
より絶縁状態が維持されて電池温度が急激に上昇する虞
があり、安全性や信頼性の点から好ましくなかった。
【0006】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであり、内部短絡が発生した場合において
も、速やかに内部短絡を解消して絶縁を回復させ、内部
短絡による電池温度の急激な温度上昇を防止し、安全性
と信頼性を向上させた非水電解液二次電池の提供を目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る非水電解液
二次電池は、活物質が集電体に保持されてなる正極及び
負極と、セパレータと、非水電解液とから構成される非
水電解液二次電池において、上記集電体の少なくとも一
方が、金属薄膜を成膜したプラスチックフィルムからな
ることを特徴とする。
【0008】以上のように構成される本発明に係る非水
電解液二次電池は、金属薄膜を成膜したプラスチックフ
ィルムを集電体に用いたことにより、内部短絡が発生し
た場合においても、その短絡部位に流れる短絡電流によ
る発熱で金属薄膜を飛散させて絶縁を回復させ、内部短
絡による電池温度の急激な温度上昇を防止する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る非水電解液二
次電池の好適な実施の形態を図面を参照しながら詳細に
説明する。
【0010】非水電解液二次電池は、図1に示すよう
に、正極集電体1に正極活物質2を塗布してなる正極3
と、負極集電体4に負極活物質5を塗布してなる負極6
とから構成される。そして、この非水電解液二次電池
は、正極3、セパレータ7、負極6、セパレータ7をこ
の順に積層して積層電極体とし、この積層電極体を多数
回巻回されてなる渦巻式電極体の上下に絶縁体8、9を
配置した状態で電池缶10に収納してなるものである。
【0011】前記渦巻式電極体が収納された電池缶10
には、電池蓋11が絶縁封口ガスケット12を介してか
しめることによって取り付けられ、それぞれ正極リード
13及び負極リード14を介して正極3或いは負極6と
電気的に接続され、電池の正極或いは負極として機能す
るように構成されている。
【0012】上記正極集電体1は、プラスチックフィル
ム15の両面に金属薄膜16が成膜されてなるものであ
る。よって、上記積層電極体は、図2に示すように、負
極集電体4、負極活物質5、セパレータ7、正極活物質
2、金属薄膜16、プラスチックフィルム15、金属薄
膜16がこの順に積層されて構成される。
【0013】ところで、図3(a)に示すように、何ら
かの理由で金属薄膜16と負極集電体4が直接接続され
る内部短絡が発生する場合がある。内部短絡が発生した
場合には、図3(b)に示すように、その短絡部位Sに
流れる短絡電流による発熱でプラスチックフィルム15
に成膜された金属薄膜16を飛散させ、その結果、短絡
部位Sにおいて絶縁状態を回復させる。
【0014】したがって、この非水電解液二次電池は、
金属薄膜16が成膜されたプラスチックフィルム15か
らなる正極集電体1を有することにより、内部短絡が発
生した場合にも絶縁状態を回復させ、内部短絡による不
良品の発生を抑制する。また、この非水電解液二次電池
は、内部短絡による電池温度の急激な上昇などの不都合
な点を防止する。
【0015】金属薄膜16が成膜されたプラスチックフ
ィルム15は、従来既知の製造方法により製造すること
ができ、例えば、高真空下で金属を加熱蒸発させ、その
蒸気を同じ高真空下においたプラスチックフィルム15
の表面に凝縮させ金属薄膜16を蒸着することができ
る。
【0016】上記プラスチックフィルム15には、ポリ
プロピレンフィルムやポリエチレンフィルム等に代表さ
れるような高分子材料によって形成される高分子基板な
どの絶縁体が使用される。また、上記金属薄膜16は、
特に限定されるものではないが、上述したように、アル
ミニウムなどのように集電が可能であり、比較的融点の
低い飛散可能なものが選択される。
【0017】なお、上記正極活物質2としては、Lix
MO2(但しMは、1種類以上の遷移金属を表す。)を
含んだ活物質が使用可能である。かかる活物質として
は、LixCoO2、LixNiO2、LixMn24、L
xMnO3、LixNiyCo(1ーy)2などの複合酸化物
が挙げられる。
【0018】上記複合酸化物は、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600℃〜
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、水酸化物、酸
化物からも同様に合成可能である。
【0019】一方、負極活物質5としては、リチウムを
ドープ及び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、石油コークスなど)、グラファイト類、ガラス状炭
素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラ
ン樹脂などを適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭
素繊維、活性炭などの炭素質材料、あるいは、金属リチ
ウム、リチウム合金(例えば、リチウム−アルミ合金)
の他、ポリアセチレン、ポリピロールなどのポリマーも
使用可能である。
【0020】電解液には、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はないが、例
えば、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、2−メチルテトラヒドロフラン、
1,3−ジオキソラン、スルホラン、アセトニトリル、
ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの
単独もしくは2種類以上の混合溶媒の使用が可能であ
る。
【0021】電解質には、LiClO4、LiAsF6
LiPF6、LiBF4、LiB(C654、LiC
l、LiBr、CH3SO3Li、CF3SO3Liなどの
使用が可能である。
【0022】また、本発明に係る非水電解液二次電池
は、図1に示される電池構造に限定されるものではな
く、電池内圧の上昇に伴って変形を生じる安全弁や、電
池温度が上がると電流を遮断するPTC素子等を有した
安全機構を備えてもよいことは勿論である。
【0023】
【実施例】以下、上述した構成よりなる非水電解液二次
電池を作製した実施例について具体的に説明する。
【0024】実施例1 まず、正極3は、次にようにして作製した。正極活物質
(LiCoO2)2は、炭酸リチウムと炭酸コバルトを
Li/Co(モル比)=1になるように混合し、空気中
で900℃、5時間焼成して得た。
【0025】このようにして得られた正極活物質(Li
CoO2)2を91重量%、導電剤としてグラファイト
を6重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3重量
%の割合で混合して正極合材を作製し、これをN−メチ
ル−2ピロリドンに分散してスラリー状とした。次に、
このスラリーを正極集電体1である帯状のアルミニウム
蒸着フィルムの両面に塗布し、乾燥後ローラープレス機
で圧縮成形して厚み160μmの正極を得た。そして、
幅53.6mm、長さ523.5mmの帯状の正極3を
作製した。
【0026】アルミニウム蒸着フィルムからなる正極集
電体1は、高真空下でアルミニウムを加熱蒸発させ、そ
の蒸気を同じ高真空下においたプラスチックフィルム
(ポリプロピレンフィルム)15の表面に凝縮させてア
ルミニウムからなる金属薄膜16を成膜することによっ
て得た。
【0027】負極6は次のようにして作製した。まず、
出発物質として石油ピッチを用い、これを焼成して粗粒
状のピッチコークスを得た。このピッチコークスを粉砕
して平均粒径20μmの粉末とし、この粉末を不活性ガ
ス中、1000℃にて焼成して不純物を除去し、コーク
ス材料粉末を得た。このようにして得られた負極活物質
5を90重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリデン1
0重量%の割合で混合して負極合材を作製し、これをN
−メチル−2ピロリドンに分散してスラリー状とした。
次に、このスラリーを負極集電体4である帯状の銅箔の
両面に塗布し、乾燥後ローラープレス機で圧縮形成して
厚さ190μmの負極を得た。そして、幅53.6m
m、長さ423.5mmの帯状の負極6を作製した。
【0028】以上のようにして作製された帯状の正極3
と負極6と用いて、負極6、セパレータ7、正極3、セ
パレータ7とこの順に積層して、積層電極体を得た。そ
して、この積層電極体を長さ方向に沿って負極を内側に
して渦巻型に多数回巻回して、最外周のセパレータ7の
最終端部をテープで固定し、渦巻式電極体を作製した。
【0029】次に、ニッケルメッキを施した鉄製の電池
缶10の中に、上記渦巻式電極体を収納し、渦巻式電極
体の上下両面に絶縁体8、9を配置した。そして、正極
3の集電をとるためにアルミニウム製の正極リード13
の一端を正極集電体1に取り付け、他端を電池蓋11に
溶接した。なお、アルミニウム蒸着膜からなる正極集電
体1は、直接正極リード13で電流を取り出すと金属薄
膜(アルミニウム蒸着膜)16の電流耐量が小さいの
で、渦巻式電極体の端面に溶解したアルミニウムを霧状
に吹き付けて接点を無数に形成し、全体の所要の電流耐
量を得ている。また、負極1の集電をとるためにニッケ
ル製の負極リード14の一端を負極集電体4に圧着し、
他端を電池缶6に溶接した。
【0030】この電池缶10の中に、プロピレンカーボ
ネート50容量%、ジエチルカーボネート50容量%の
等量混合溶媒中にLiPF6を1mol/l溶解させた
電解液を5.0g注入して、渦巻式電極体に含浸させ
た。そして、アスファルトで表面を塗布した絶縁封口ガ
スケット12を介して電池缶10をかしめることで電池
蓋11を固定し、直径18mm、高さ65mmの円筒形
非水電解液二次電池を作製した。
【0031】比較例1 正極3の集電体1にアルミニウム箔を用いたこと以外
は、実施例1と同様にして円筒型非水電解液二次電池を
作製した。
【0032】このようにして作製される実施例1と比較
例1の電池について、内部短絡を模して釘刺し試験を行
った。その結果を図4に示す。
【0033】図4からわかるように、実施例1の電池
は、わずかばかり電位が下がっただけで、その後は電池
電圧が維持されている。一方、比較例1の電池は、電池
電圧が下がり続けている。
【0034】また、実施例1の電池は、過充電状態等の
内部短絡が発生しやすい苛酷な条件下においても、電池
温度の急激な上昇は見られなかった。
【0035】これらの結果から、アルミニウム蒸着フィ
ルムからなる正極集電体1を有した実施例1の電池は、
内部短絡が発生した場合においても、その短絡部位Sに
流れる短絡電流による発熱でアルミニウム膜を飛散させ
て絶縁を回復し、電池電圧を維持する。また、実施例1
の電池は、絶縁を回復することができるので内部短絡に
よる急激な電池温度の上昇を防止することができる。
【0036】
【発明の効果】以上のように説明から明らかなように、
本発明に係る非水電解液二次電池は、金属薄膜を成膜し
たプラスチックフィルムを集電体に用いたことにより、
内部短絡が発生した場合においても、その短絡部位に流
れる短絡電流による発熱で金属薄膜を飛散させて絶縁を
回復させ、内部短絡による電池温度の急激な温度上昇を
防止し、安全性と信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した非水電解液二次電池概略縦断
面図である。
【図2】同非水電解液二次電池の積層電極体の要部断面
図である。
【図3】同非水電解液二次電池において内部短絡が発生
した積層電極体の要部断面図である。
【図4】釘刺し試験を行った際の電池電圧の経時変化を
示す特性図である。
【符号の説明】
1 正極集電体、2 正極活物質、3 正極、4 負極
集電体、5 負極活物質 6 負極、7 セパレータ、8,9 絶縁体、10 電
池缶、11 電池蓋、12 絶縁封口ガスケット、13
正極リード、14 負極リード、15 プラスチック
フィルム、16 金属薄膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活物質が集電体に保持されてなる正極及
    び負極と、セパレータと、非水電解液とから構成される
    非水電解液二次電池において、 上記集電体の少なくとも一方が、金属薄膜を成膜したプ
    ラスチックフィルムからなることを特徴とする非水電解
    液二次電池。
  2. 【請求項2】 上記正極の活物質が少なくともリチウム
    を含む金属酸化物からなり、上記負極の活物質がリチウ
    ムをドープ、脱ドープ可能な物質からなることを特徴と
    する請求項1に記載の非水電解液二次電池。
  3. 【請求項3】 上記正極の集電体がアルミニウム膜を成
    膜したプラスチックフィルムからなり、上記負極の集電
    体が銅箔からなることを特徴とする請求項1に記載の非
    水電解液二次電池。
JP8064228A 1996-03-21 1996-03-21 非水電解液二次電池 Withdrawn JPH09259891A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20030603