JPH09283116A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JPH09283116A
JPH09283116A JP8089451A JP8945196A JPH09283116A JP H09283116 A JPH09283116 A JP H09283116A JP 8089451 A JP8089451 A JP 8089451A JP 8945196 A JP8945196 A JP 8945196A JP H09283116 A JPH09283116 A JP H09283116A
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JP
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negative electrode
positive electrode
secondary battery
electrolyte secondary
battery
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JP8089451A
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English (en)
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Koji Hanabusa
幸司 花房
Masatoshi Mashima
正利 真嶋
Takeshi Sakamoto
健 坂本
Hirotaka Yoshida
裕宇 吉田
Toshiharu Tada
利春 多田
Eriko Yagasaki
えり子 矢ヶ崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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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】 本発明は、電極の面積を大きくしても、電池
効率が低下しないように改良された非水電解質二次電池
を得ることを最も主要な特徴とする。 【解決手段】 正極10と、リチウムイオンを吸蔵・放
出が可能なカーボン負極11と、非水電解質とを備えた
非水電解質二次電池に係る。正極10および負極11
の、幅あるいは長さの少なくとも一方を10cm以上2
0cmにし、正極10および負極11の少なくとも一方
に、孔15または溝16を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に非水電解
質二次電池に関するものであり、より特定的には、大容
量化による局部的な劣化を抑制することができるように
改良された非水電解質二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器のポータブル化、コード
レス化が進んでいく中で、高エネルギー密度を有する二
次電池に関する期待が高まっている。このような背景
で、図8に示すようなリチウムイオン電池が開発され、
携帯電話やビデオ等へ搭載されている。
【0003】図8に示すリチウムイオン電池では、正極
にコバルト酸リチウム(LiCoO 2 )、負極に炭素、
電解質にリチウムイオンを溶解した有機溶媒が利用され
る。
【0004】この電池の充放電反応は、充電時に、正極
に保持されたリチウムイオンが脱インタカレートし、一
方、負極の炭素にリチウムイオンが吸蔵され、放電時
に、負極に吸蔵されたリチウムイオンがリチウムイオン
の状態で放出され、一方、正極には、リチウムイオンが
インタカレートすることにより進行する。
【0005】電池反応式は、次のとおりである。
【0006】
【化1】
【0007】式中、e- は電子を表わしており、Cは炭
素を表わしている。
【0008】このようなリチウムイオン電池は、単セル
で、3〜4Vの高い電圧が得られ、高エネルギ密度、高
エネルギ効率を有し、サイクル寿命も長い。この種の二
次電池の正極には、上記のリチウムコバルト酸化物の
他、ニッケル、マンガン、モリブデン、バナジウムなど
の酸化物、硫化物、セレン化物等が研究されている。負
極には、たとえばコークス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱
分解炭素、天然黒鉛、メソフェーズ小球体などの、リチ
ウムイオンを吸蔵・放出する炭素材料が利用されてい
る。この種の炭素材料を利用することにより、金属リチ
ウムを利用した場合と比較し、リチウムの電解液との反
応やデンドライト状の析出が抑制でき、負極特性を改善
することが可能となる。
【0009】電解質には、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−
ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどの有機溶媒
に、LiClO4 ,LiBF4 ,LiPF6 ,LiAs
6 等の非水電解液や、リチウムイオン電導性の固体電
解質などが利用できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在開
発されているリチウムイオン電池は、3〜4Whの容量
にすぎず、大容量化するには電極スケールを大きくする
必要があった。ところが、本発明者等が検討した結果、
電極スケールを大きくすると電池のセル抵抗が増加し、
効率が低下するという問題点があった。
【0011】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたものであり、電極のスケールアップに伴うセル
抵抗の低下を低減し、電池効率の低下を抑制できるよう
に改良された、非水電解質二次電池を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従う非水電解質二次電池は、正極と、リチウムイオンを
吸蔵・放出が可能なカーボン負極と、非水電解質とを備
えた非水電解質二次電池に係る。そして上記問題点を解
決するために、上記正極および上記負極の、幅あるいは
長さの少なくとも一方が、10cm以上20cm以下で
あり、上記正極および上記負極の少なくとも一方に、孔
または溝を設けたことを特徴とする。
【0013】上記10cmより小さいと、電極スケール
が小さくなり、大容量化をする上での利点がなく、上記
20cmを超えるとセル抵抗が大幅に大きくなり、効率
が著しく低下する。
【0014】上記孔の開孔率は(電極の面積に対する孔
の面積)は、1〜10%が好ましい。1%より小さい場
合、効果が低く、開孔率が10%より大きくなると、ト
ータルの活物質の充填量の低下により、電池容量が小さ
くなる。
【0015】孔の形状は特に限定されないが、孔の形状
が円形の場合、孔径については、1〜5mmが好まし
い。1mmより小さいと効果が小さく、5mmより大き
くなると、開孔率が1〜10%範囲では、孔数が少なく
なるためか、効果が小さくなる。
【0016】電極内の孔径の分布についても、特に限定
されないが、開孔分布を均一としてもよいし、電極のス
ケールや、電池の構造、電池の配置により、適宜変えて
もよい。
【0017】また、孔の形状を溝状に形成すると、電極
内部に任意の幅、長さの溝孔が選択でき、連続的に連な
った形状でも、好ましく利用できる。
【0018】本発明の作用については不明であるが、電
極スケールを大きくすることにより、電極の面内での電
解液中のLi濃度のばらつきが大きくなることから、局
部的にリチウムイオンが不足する部分の抵抗が高くなっ
ているものと考えられ、この部分に孔が設けられること
により、電解液が保持され、抵抗増加が抑制されるもの
と考えられる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の図
について説明する。
【0020】発明の実施の形態1 図1は、この発明の実施の形態に係る円筒型非水電解質
二次電池の断面図である。
【0021】図1を参照して、非水電解質二次電池は、
電池ケース21と、安全弁を設けた封口板22と、絶縁
パッキング23と、極板群24とを備える。極板群24
には、正極および負極が、隔膜を介して複数回巻回され
て、収納されている。正極からは正極リード25が引出
されて封口板22に接続され、一方、負極からは、負極
リード26が引出されて電池ケース21の底部に接続さ
れている。また、極板群24の上下部には、絶縁リング
がそれぞれ設けられている。極板群24を構成する正極
板を図2に、負極板を図3に示す。
【0022】図2に示す正極板と図3に示す負極板は、
隔膜とともに巻回されて極板群24を構成し、電池ケー
ス21内に収納される。図2と図3を参照して、正極板
10および負極板11には、孔15が設けられている。
【0023】実施例1 (1) 正極 まず、LiCoO2 粉末(日本化学工業株式会社製)1
00重量部に、グラファイト10重量部、ポリフッ化ビ
ニリデン10重量部を混合し、N−メチル−2−ピロリ
ドンに溶解した後、ペースト状にした。次に、このペー
ストを厚さ20μmのアルミ箔の両面に塗工し、乾燥
後、ローラプレスした。このようにして、厚さ0.18
mm、幅Xmm、長さ250mmの極板を作製した。以
上のように作製した電極について、孔径2mm、開孔率
5%となるように孔15を打ち抜いた。
【0024】(2) 負極 リン状天然黒鉛粉末100重量部に、ポリフッ化ビニリ
デン20重量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドン
に溶解した後、ペースト状にした。このペーストを厚さ
20μmの銅箔の両面に塗工し、乾燥後、ローラプレス
した。このようにして、厚さ0.20mm、幅Xmm、
長さ270mmの極板を作製した。以上のように作製し
た電極について、孔径2mm、開孔率5%となるように
孔15を打ち抜いた。
【0025】(3) 電解液 エチレンカーボネートとジエチルカーボネート1:1の
体積比率で混合し、六フッ化リン酸リチウムを1モル/
リットルとなるように溶解したものを使用した。このよ
うにして得られた正、負極板にそれぞれリードを取付
け、厚さ0.025mm、幅(X+6)mm、長さ70
0mmの隔膜とともに巻回して、極板群を構成し、直径
13.8mm、高さ(X+10)mmの電池ケース内に
収納した。これに電解液を加えた後、封口した試験電池
とした。
【0026】(充放電試験)電池評価として、試作電池
について、電流密度0.2mA/cm2 、8時間充電を
行ない、3Vまで放電を実施した。その際、エネルギー
効率とセル抵抗により評価した。
【0027】X=10cm、15cm、20cmの条件
で、充放電評価を実施し、10サイクル目のセル抵抗と
エネルギ効率を測定した。
【0028】それぞれ、セル抵抗=(平均充電電圧−平
均放電電圧)/2×電流密度、エネルギー効率=放電可
能な電力量(Wh)×100/充電時の電力量(Wh)
の式から算出した。電池評価結果を表1にまとめる。
【0029】
【表1】
【0030】(比較例1)X=25cmとしたことを除
くと実施例1と全く同様の構成で、電池評価を実施し
た。
【0031】(比較例2)X=15cmの条件で、電極
に設けた孔径を0.5mmとしたことを除くと、実施例
1と全く同様の構成で、電池評価を実施した。
【0032】(比較例3)X=15cmの条件で、電極
に設けた孔径を6mmとしたことを除くと、実施例1と
全く同様の構成で、電池評価を実施した。結果を、表2
にまとめる。
【0033】
【表2】
【0034】実施例2 X=15cmの条件で、負極について孔を設けなかった
ことを除くと、実施例1と全く同様の構成で、電池評価
を実施した。
【0035】実施例3 X=15cmの条件で、正極について孔を設けなかった
ことを除くと、実施例1と全く同様の構成で、電池評価
を実施した。
【0036】(比較例4)X=15cmの条件で、正
極、負極の両極ともに孔を設けなかったことを除くと、
実施例1と全く同様の構成で、電池評価を実施した。
【0037】結果を、表3にまとめる。
【0038】
【表3】
【0039】発明の実施の形態2 上記発明の実施の形態では、孔を電極板に設ける場合を
例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、図
4に示すように、溝16を設けた正極板10を用いても
よいし、図5に示すような、溝16を設けた負極板11
を用いても、実施例1と同様の効果が得られる。
【0040】発明の実施の形態3 なお、上記実施例では、孔または溝を、電極板に設ける
場合を例示したが、この発明はこれに限られるものでな
く、図6および図7を参照して、正極板10および負極
板11の幅を10〜20cmにすることだけでも、電池
セル抵抗をあまり大きくせず、電池効率の低下を抑制す
ることができることがわかった。もちろん、孔または溝
を設けることにより、さらに効果が高められるというこ
とはいうまでもない。
【0041】なお、本発明の実施の形態では、正極板1
0および負極板11の幅を10〜20cmにした場合を
例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、正
極板10および負極板11の長さを10〜20cmにし
ても、実施例と同様の効果が得られる。
【0042】なお、従来のリチウム小型電池に用いられ
ている正極板と負極板においては、それらの幅は5cm
であったため、3〜4Whの容量しか得られなかった。
【0043】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の第1の局
面に従う非水電解質二次電池によれば、正極および負極
の、幅あるいは長さの少なくとも一方を、10cm〜2
0cmにし、正極および負極の少なくとも一方に、孔ま
たは溝を設けたので、大容量で、効率低下の小さい二次
電池となる。その結果、高出力化が可能であり、かつ電
極の大面積化に伴う電池効率の低下を抑制することがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る円筒型非水電解質
二次電池の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる正極板の正面図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる負極板の正面図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる正極板のの正面図である。
【図5】本発明の実施の形態2に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる負極板の正面図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる正極板の正面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る円筒型非水電解質
二次電池に用いられる負極板の正面図である。
【図8】従来のリチウムイオン電池の構成の原理を示す
図である。
【符号の説明】
10 正極板 11 負極板 15 孔 16 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 健 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 吉田 裕宇 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 多田 利春 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 矢ヶ崎 えり子 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電 力株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出が
    可能なカーボン負極と、非水電解質とを備えた非水電解
    質二次電池において、 前記正極および負極の、幅あるいは長さの少なくとも一
    方が、10cm以上20cm以下であり、 前記正極および前記負極の少なくとも一方に、孔または
    溝を設けたことを特徴とする、非水電解質二次電池。
  2. 【請求項2】 前記正極および前記負極の少なくとも一
    方に設けられた前記孔の孔径が、1〜5mmであり、前
    記孔の開孔率が1〜10%である、請求項1に記載の非
    水電解質二次電池。
JP8089451A 1996-04-11 1996-04-11 非水電解質二次電池 Withdrawn JPH09283116A (ja)

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