JPH09283117A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
リチウムイオン二次電池Info
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- JPH09283117A JPH09283117A JP8090989A JP9098996A JPH09283117A JP H09283117 A JPH09283117 A JP H09283117A JP 8090989 A JP8090989 A JP 8090989A JP 9098996 A JP9098996 A JP 9098996A JP H09283117 A JPH09283117 A JP H09283117A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 負極の集電箔にアルミニウム箔を使用し、電
池総重量を軽くすることができるリチウムイオン二次電
池を提供する。 【解決手段】 容器１０の中に正極１４と負極１６とを
設け、これらの間をセパレータ１２で分離すると共に電
解液１８を注入し、リチウムイオン二次電池を構成し
た。負極活物質２４としてアモルファス炭素を使用し、
正極活物質２２と負極活物質２４との目付量の比を調整
することにより、使用中の正極１４の電位が４．２Ｖ以
下であり、負極１６の電位が０．１Ｖ以上であるように
調整した。この結果、負極集電箔２０としてアルミニウ
ム箔を使用できるようになり電池総重量を低減できる。
池総重量を軽くすることができるリチウムイオン二次電
池を提供する。 【解決手段】 容器１０の中に正極１４と負極１６とを
設け、これらの間をセパレータ１２で分離すると共に電
解液１８を注入し、リチウムイオン二次電池を構成し
た。負極活物質２４としてアモルファス炭素を使用し、
正極活物質２２と負極活物質２４との目付量の比を調整
することにより、使用中の正極１４の電位が４．２Ｖ以
下であり、負極１６の電位が０．１Ｖ以上であるように
調整した。この結果、負極集電箔２０としてアルミニウ
ム箔を使用できるようになり電池総重量を低減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン二次
電池に関し、特にリチウムイオン二次電池の軽量化に関
する。
電池に関し、特にリチウムイオン二次電池の軽量化に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話やビデオカメラ等の各種
電子機器の小型、軽量化が進んでおり、それらの電源と
して体積エネルギ密度が高い二次電池の要求が高まって
いる。このような要求に応えられるものとして、リチウ
ムイオン二次電池の研究が行われている。リチウムイオ
ン二次電池は、負極に炭素を用い、非プロトン性有機溶
媒とリチウム塩とからなるリチウムイオン導電体として
の電解液と、リチウムイオンを可逆的にかつ電気的に出
し入れできる正極活物質とで構成されている。
電子機器の小型、軽量化が進んでおり、それらの電源と
して体積エネルギ密度が高い二次電池の要求が高まって
いる。このような要求に応えられるものとして、リチウ
ムイオン二次電池の研究が行われている。リチウムイオ
ン二次電池は、負極に炭素を用い、非プロトン性有機溶
媒とリチウム塩とからなるリチウムイオン導電体として
の電解液と、リチウムイオンを可逆的にかつ電気的に出
し入れできる正極活物質とで構成されている。
【０００３】このようなリチウムイオン二次電池の例
が、特開平６−３１８４５９号公報に開示されている。
本従来例では、負極の集電箔として、リチウムの酸化還
元電位（０Ｖ ｖｓ Ｌｉ+ ／Ｌｉ）においてリチウム
と反応しない銅箔が用いられている。この負極の集電箔
の材料としては、銅箔以外に、ステンレス箔、ニッケル
箔等も用いることができる。
が、特開平６−３１８４５９号公報に開示されている。
本従来例では、負極の集電箔として、リチウムの酸化還
元電位（０Ｖ ｖｓ Ｌｉ+ ／Ｌｉ）においてリチウム
と反応しない銅箔が用いられている。この負極の集電箔
の材料としては、銅箔以外に、ステンレス箔、ニッケル
箔等も用いることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した銅
箔、ステンレス箔、ニッケル箔等は、その密度が８ｇ／
ｃｍ3 以上と大きいため、これらを使用して電池を構成
した場合に、電池の総重量が大きくなるという問題があ
った。また、電池の総重量を軽くするために、上述した
集電箔を薄くすると、集電箔自身の抵抗が大きくなり、
電池の内部抵抗が大きくなってしまうという問題もあっ
た。
箔、ステンレス箔、ニッケル箔等は、その密度が８ｇ／
ｃｍ3 以上と大きいため、これらを使用して電池を構成
した場合に、電池の総重量が大きくなるという問題があ
った。また、電池の総重量を軽くするために、上述した
集電箔を薄くすると、集電箔自身の抵抗が大きくなり、
電池の内部抵抗が大きくなってしまうという問題もあっ
た。
【０００５】一方、負極の集電箔に軽量で伝導度の大き
いアルミニウムを使用した場合、アルミニウムがリチウ
ムの酸化還元電位に対して０．１Ｖを下回る電位でリチ
ウムと合金を作るので、充放電を繰り返していくうちに
アルミニウム上に針状のリチウム結晶が成長し、このリ
チウム結晶がセパレータを突き破ることにより電極どう
しが接触し電気的な短絡が生じるという問題があった。
このため、従来のリチウムイオン二次電池においては、
アルミニウム箔を負極用の集電箔として用いることがで
きなかった。
いアルミニウムを使用した場合、アルミニウムがリチウ
ムの酸化還元電位に対して０．１Ｖを下回る電位でリチ
ウムと合金を作るので、充放電を繰り返していくうちに
アルミニウム上に針状のリチウム結晶が成長し、このリ
チウム結晶がセパレータを突き破ることにより電極どう
しが接触し電気的な短絡が生じるという問題があった。
このため、従来のリチウムイオン二次電池においては、
アルミニウム箔を負極用の集電箔として用いることがで
きなかった。
【０００６】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、負極の集電箔にアルミニウム箔
を使用し、電池総重量を軽くすることができるリチウム
イオン二次電池を提供することにある。
のであり、その目的は、負極の集電箔にアルミニウム箔
を使用し、電池総重量を軽くすることができるリチウム
イオン二次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、炭素物質で構成された負極と、リチウム
イオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可
逆的に出し入れできる正極活物質とを備えたリチウムイ
オン二次電池であって、負極集電箔としてアルミニウム
が使用され、負極の駆動電位を０．１Ｖ以上とするよう
に正極と負極の目付量が調整されていることを特徴とす
る。
に、本発明は、炭素物質で構成された負極と、リチウム
イオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可
逆的に出し入れできる正極活物質とを備えたリチウムイ
オン二次電池であって、負極集電箔としてアルミニウム
が使用され、負極の駆動電位を０．１Ｖ以上とするよう
に正極と負極の目付量が調整されていることを特徴とす
る。
【０００８】上記リチウムイオン二次電池においては、
正極活物質がコバルト酸リチウムであり、負極を構成す
る炭素物質がアモルファス炭素であり、正極と負極の目
付量の比が正極：負極＝１．７５〜２．０：１とされて
いることを特徴とする。
正極活物質がコバルト酸リチウムであり、負極を構成す
る炭素物質がアモルファス炭素であり、正極と負極の目
付量の比が正極：負極＝１．７５〜２．０：１とされて
いることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
を図面に基づいて説明する。
【００１０】図１には、本発明に係るリチウムイオン二
次電池の実施形態の断面図が示される。図１において、
容器１０の中にはセパレータ１２を介して正極１４と負
極１６とが対向配置されており、これらが電解液１８に
浸漬されている。なお、実際のリチウムイオン二次電池
は、これらの正極１４と負極１６とがセパレータ１２を
介して複数積層された構造となっている。このようなリ
チウムイオン二次電池においては、充放電反応は、電解
液１８を介して正極１４と負極１６との間をリチウムイ
オンが移動することによって行われる。
次電池の実施形態の断面図が示される。図１において、
容器１０の中にはセパレータ１２を介して正極１４と負
極１６とが対向配置されており、これらが電解液１８に
浸漬されている。なお、実際のリチウムイオン二次電池
は、これらの正極１４と負極１６とがセパレータ１２を
介して複数積層された構造となっている。このようなリ
チウムイオン二次電池においては、充放電反応は、電解
液１８を介して正極１４と負極１６との間をリチウムイ
オンが移動することによって行われる。
【００１１】正極１４は、集電箔２０としてのアルミニ
ウム箔に正極活物質２２として例えばコバルト酸リチウ
ムを結着剤と共に塗布したものである。また、負極１６
は、集電箔２０としてのアルミニウム箔に負極活物質２
４として黒鉛構造が発達していない炭素（アモルファス
炭素）を結着剤と共に塗布したものである。
ウム箔に正極活物質２２として例えばコバルト酸リチウ
ムを結着剤と共に塗布したものである。また、負極１６
は、集電箔２０としてのアルミニウム箔に負極活物質２
４として黒鉛構造が発達していない炭素（アモルファス
炭素）を結着剤と共に塗布したものである。
【００１２】本発明において特徴的な点は、負極１６の
集電箔２０としてアルミニウムを用いたことにある。こ
のため、密度の大きい銅箔やステンレス箔やニッケル箔
等を負極１６の集電箔２０として使用した場合に比べ、
リチウムイオン二次電池の軽量化を図ることができる。
集電箔２０としてアルミニウムを用いたことにある。こ
のため、密度の大きい銅箔やステンレス箔やニッケル箔
等を負極１６の集電箔２０として使用した場合に比べ、
リチウムイオン二次電池の軽量化を図ることができる。
【００１３】以上のような構成を採用するためには、負
極１６の集電箔２０として使用されているアルミニウム
がリチウムと合金をつくることを防止する必要がある。
前述したように、アルミニウムとリチウムとが合金を作
ると、充放電を繰り返していくうちにアルミニウム上に
針状のリチウム結晶が成長し、セパレータに穴を開ける
可能性があるからである。アルミニウムはリチウムとリ
チウムの酸化還元電位に対して０．１Ｖを下回る電位で
合金を作るので、負極の駆動電位が０．１Ｖ以上に維持
されるように構成する必要がある。
極１６の集電箔２０として使用されているアルミニウム
がリチウムと合金をつくることを防止する必要がある。
前述したように、アルミニウムとリチウムとが合金を作
ると、充放電を繰り返していくうちにアルミニウム上に
針状のリチウム結晶が成長し、セパレータに穴を開ける
可能性があるからである。アルミニウムはリチウムとリ
チウムの酸化還元電位に対して０．１Ｖを下回る電位で
合金を作るので、負極の駆動電位が０．１Ｖ以上に維持
されるように構成する必要がある。
【００１４】また、正極１４の電位が４．３Ｖを超える
と、正極活物質２２としてのコバルト酸リチウムが劣化
するので、正極１４の電位が４．３Ｖを超えないような
調整も行う必要がある。
と、正極活物質２２としてのコバルト酸リチウムが劣化
するので、正極１４の電位が４．３Ｖを超えないような
調整も行う必要がある。
【００１５】以下、これらの方法について説明する。
【００１６】図２及び図３には、負極活物質２４として
使用される炭素物質の結晶構造の例が示され、図２には
黒鉛の結晶構造の例が、図３にはアモルファス炭素の結
晶構造の例がそれぞれ示される。
使用される炭素物質の結晶構造の例が示され、図２には
黒鉛の結晶構造の例が、図３にはアモルファス炭素の結
晶構造の例がそれぞれ示される。
【００１７】図１において、充電時に正極１４からリチ
ウムイオン（Ｌｉ+ ）が負極１６側に移動してきた場合
に、負極活物質２４として黒鉛が使用されていると、図
２に示されるように、リチウムイオンは平面構造をとる
炭素層２６の間に挿入され、ここで電子を受け取ってリ
チウム原子となる。充電量が増加し炭素層２６の間に挿
入されるリチウムイオンの数が増えると、負極１６の電
位は低下してゆくが、この様子が図４に示される。図４
において、横軸に充放電容量が、縦軸にリチウムの酸化
還元電位に対する正極１４、負極１６の電位（Ｖ ｖｓ
Ｌｉ+ ／Ｌｉ）がそれぞれ示される。図４の横軸にお
いて、図の右方向が充電容量の増加すなわち充電方向で
あり、右方向に行くほど充電量が多くなることを示して
いる。従って、反対に左方向が放電方向となる。
ウムイオン（Ｌｉ+ ）が負極１６側に移動してきた場合
に、負極活物質２４として黒鉛が使用されていると、図
２に示されるように、リチウムイオンは平面構造をとる
炭素層２６の間に挿入され、ここで電子を受け取ってリ
チウム原子となる。充電量が増加し炭素層２６の間に挿
入されるリチウムイオンの数が増えると、負極１６の電
位は低下してゆくが、この様子が図４に示される。図４
において、横軸に充放電容量が、縦軸にリチウムの酸化
還元電位に対する正極１４、負極１６の電位（Ｖ ｖｓ
Ｌｉ+ ／Ｌｉ）がそれぞれ示される。図４の横軸にお
いて、図の右方向が充電容量の増加すなわち充電方向で
あり、右方向に行くほど充電量が多くなることを示して
いる。従って、反対に左方向が放電方向となる。
【００１８】図４からわかるように、黒鉛を負極活物質
２４として使用した場合には、充電のごく初期において
電位が０．２Ｖまで低下し、以後充電量の増加と共に緩
やかに電位が低下していくことがわかる。これは、黒鉛
の場合には結晶構造が規則正しく並んでおり、炭素層２
６の間にリチウムイオンが挿入されるときの電位もほぼ
一定であって、負極１６の電位が０．２Ｖまで低下しな
いとリチウムイオンの炭素層２６への挿入がおこらない
からである。
２４として使用した場合には、充電のごく初期において
電位が０．２Ｖまで低下し、以後充電量の増加と共に緩
やかに電位が低下していくことがわかる。これは、黒鉛
の場合には結晶構造が規則正しく並んでおり、炭素層２
６の間にリチウムイオンが挿入されるときの電位もほぼ
一定であって、負極１６の電位が０．２Ｖまで低下しな
いとリチウムイオンの炭素層２６への挿入がおこらない
からである。
【００１９】これに対し、負極１６として図３に示され
るようなアモルファス炭素を使用した場合には、図４に
示されるように、負極電位が１．４Ｖ付近からリチウム
イオンの挿入が始まり、その後充電量の増加と共に電位
が緩やかに低下している。これは、図３に示されるよう
に、アモルファス炭素が部分的に黒鉛構造を持つ無定形
炭素材料であることに起因している。すなわち、リチウ
ムイオンは、アモルファス炭素の黒鉛構造の部分におい
ては平面構造をとる炭素層の間に挿入されるが、無定形
構造の部分においては、所々に生じている空隙部分２８
に挿入される。
るようなアモルファス炭素を使用した場合には、図４に
示されるように、負極電位が１．４Ｖ付近からリチウム
イオンの挿入が始まり、その後充電量の増加と共に電位
が緩やかに低下している。これは、図３に示されるよう
に、アモルファス炭素が部分的に黒鉛構造を持つ無定形
炭素材料であることに起因している。すなわち、リチウ
ムイオンは、アモルファス炭素の黒鉛構造の部分におい
ては平面構造をとる炭素層の間に挿入されるが、無定形
構造の部分においては、所々に生じている空隙部分２８
に挿入される。
【００２０】前述したように、黒鉛構造にリチウムイオ
ンが挿入される電位はほぼ一定であるが、無定形構造の
空隙部分２８にリチウムイオンが挿入される電位はその
空隙部分２８毎に異なった値を取り、様々な電位でリチ
ウムイオンの挿入が起こる。このため、図４に示される
ように、負極活物質２４としてアモルファス炭素を使用
した場合には、比較的高い電位からリチウムイオンの挿
入が生じ、充電量の増加と共に電位が低下しながら各電
位に対応する挿入電位を有する空隙部分２８に順次リチ
ウムイオンが挿入されていく。このように、アモルファ
ス炭素においては、広い電位の範囲でリチウムイオンが
挿入されるので、充放電容量は黒鉛構造を有する炭素材
料に比べ大きくなっている。黒鉛の場合の理論的な充放
電容量が約３７２ｍＡｈ／ｇであるのに対し、アモルフ
ァス炭素を使用した場合には、理論的にこの３倍までリ
チウムイオンを挿入することができると考えられてい
る。
ンが挿入される電位はほぼ一定であるが、無定形構造の
空隙部分２８にリチウムイオンが挿入される電位はその
空隙部分２８毎に異なった値を取り、様々な電位でリチ
ウムイオンの挿入が起こる。このため、図４に示される
ように、負極活物質２４としてアモルファス炭素を使用
した場合には、比較的高い電位からリチウムイオンの挿
入が生じ、充電量の増加と共に電位が低下しながら各電
位に対応する挿入電位を有する空隙部分２８に順次リチ
ウムイオンが挿入されていく。このように、アモルファ
ス炭素においては、広い電位の範囲でリチウムイオンが
挿入されるので、充放電容量は黒鉛構造を有する炭素材
料に比べ大きくなっている。黒鉛の場合の理論的な充放
電容量が約３７２ｍＡｈ／ｇであるのに対し、アモルフ
ァス炭素を使用した場合には、理論的にこの３倍までリ
チウムイオンを挿入することができると考えられてい
る。
【００２１】このようなアモルファス炭素材料すなわち
黒鉛構造が発達していない炭素材料は、カーボンブラッ
ク、コークスのような難黒鉛化炭素を７００℃〜１２０
０℃で処理したものや、メソフェーズ系炭素材のような
易黒鉛化炭素を７００℃〜１０００℃で処理したもの等
が使用される。
黒鉛構造が発達していない炭素材料は、カーボンブラッ
ク、コークスのような難黒鉛化炭素を７００℃〜１２０
０℃で処理したものや、メソフェーズ系炭素材のような
易黒鉛化炭素を７００℃〜１０００℃で処理したもの等
が使用される。
【００２２】上述したように、アルミニウム上に針状の
リチウム結晶が成長することを防ぐために、負極１６の
電位が０．１Ｖを下回らないようにすることが極めて重
要である。ところが、黒鉛を負極活物質２４として使用
した場合には、図４に示されるように、リチウム挿入の
初期すなわち充電の初期から負極１６の電位が０．２Ｖ
まで低下してしまい、負極１６の電位の下限である０．
１Ｖとの間に十分な電位の差を確保することができな
い。負極１６の電位は充電と共に低下していくので、上
記電位の差が小さいと負極活物質２４の利用率を高くす
ることができず、十分な充電量を確保することができな
い。このため、本実施形態においては、比較的高い電圧
からリチウムイオンの挿入が始まるアモルファス炭素を
負極活物質２４として使用することが好適である。
リチウム結晶が成長することを防ぐために、負極１６の
電位が０．１Ｖを下回らないようにすることが極めて重
要である。ところが、黒鉛を負極活物質２４として使用
した場合には、図４に示されるように、リチウム挿入の
初期すなわち充電の初期から負極１６の電位が０．２Ｖ
まで低下してしまい、負極１６の電位の下限である０．
１Ｖとの間に十分な電位の差を確保することができな
い。負極１６の電位は充電と共に低下していくので、上
記電位の差が小さいと負極活物質２４の利用率を高くす
ることができず、十分な充電量を確保することができな
い。このため、本実施形態においては、比較的高い電圧
からリチウムイオンの挿入が始まるアモルファス炭素を
負極活物質２４として使用することが好適である。
【００２３】一方、図１の正極１４においては、充電時
に正極活物質２２のコバルト酸リチウムからリチウムイ
オンが抜けていくが、これに伴い、図４に示されるよう
に、当初３．８Ｖであった正極１４の電位が徐々に上昇
していく。コバルト酸リチウムは、当初リチウムとコバ
ルトとの原子数の比が１：１であるが、充電と共にリチ
ウムイオンが徐々に抜けていく。このコバルト酸リチウ
ム分子中のリチウム原子が当初の量の５０％まで抜けて
しまうと、コバルト酸リチウムの結晶構造が変化し、劣
化してしまう。この時の電位が４．３Ｖである。従っ
て、正極１４の電位としては、４．３Ｖを超えないよう
に制御する必要がある。
に正極活物質２２のコバルト酸リチウムからリチウムイ
オンが抜けていくが、これに伴い、図４に示されるよう
に、当初３．８Ｖであった正極１４の電位が徐々に上昇
していく。コバルト酸リチウムは、当初リチウムとコバ
ルトとの原子数の比が１：１であるが、充電と共にリチ
ウムイオンが徐々に抜けていく。このコバルト酸リチウ
ム分子中のリチウム原子が当初の量の５０％まで抜けて
しまうと、コバルト酸リチウムの結晶構造が変化し、劣
化してしまう。この時の電位が４．３Ｖである。従っ
て、正極１４の電位としては、４．３Ｖを超えないよう
に制御する必要がある。
【００２４】以上のように、正極１４及び負極１６の使
用可能電位は、それぞれ上限下限があるので、使用中こ
れらの電位を超えないようにし、かつ各活物質を有効に
使用００ために、それぞれの電位を制御する必要があ
る。この電位の制御は、正極１４及び負極１６に使用さ
れる正極活物質２２及び負極活物質２４の目付量の比を
調整することにより制御できる。すなわち、目付量が増
加すると、その静電容量が増加するので、同じ電荷量が
蓄えられた場合の電位が目付量が少ない場合に比べて低
くなる。反対に目付量が少なくなると電位としては高く
なる。従って、この性質を利用すれば、正極１４、負極
１６の目付量の比によってそれぞれ適切な電位となるよ
う制御することが可能となる。
用可能電位は、それぞれ上限下限があるので、使用中こ
れらの電位を超えないようにし、かつ各活物質を有効に
使用００ために、それぞれの電位を制御する必要があ
る。この電位の制御は、正極１４及び負極１６に使用さ
れる正極活物質２２及び負極活物質２４の目付量の比を
調整することにより制御できる。すなわち、目付量が増
加すると、その静電容量が増加するので、同じ電荷量が
蓄えられた場合の電位が目付量が少ない場合に比べて低
くなる。反対に目付量が少なくなると電位としては高く
なる。従って、この性質を利用すれば、正極１４、負極
１６の目付量の比によってそれぞれ適切な電位となるよ
う制御することが可能となる。
【００２５】以下に、上述したリチウムイオン二次電池
の実施例を、効果を比較するための比較例と共に示す。
の実施例を、効果を比較するための比較例と共に示す。
【００２６】実施例． 平均粒径５〜２０μｍのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏ
Ｏ2 ）粉末８２重量％を、平均粒径２μｍの天然黒鉛粉
末９重量％及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）粉末９重量％と共に中性界面活性剤を添加した水中
に分散させてスラリを作る。
Ｏ2 ）粉末８２重量％を、平均粒径２μｍの天然黒鉛粉
末９重量％及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）粉末９重量％と共に中性界面活性剤を添加した水中
に分散させてスラリを作る。
【００２７】このスラリを２０μｍの厚さのアルミニウ
ム箔上に塗布した後、加熱、プレスして正極を作製し
た。
ム箔上に塗布した後、加熱、プレスして正極を作製し
た。
【００２８】次に、炭化水素ガスを燃焼させて作ったカ
ーボンブラックを１０００℃で炭素化した、平均粒径
０．２μｍの炭素材料９０重量％をＰＴＦＥ粉末１０重
量％と共に、中性界面活性剤を添加した水中に分散させ
てスラリを作り、このスラリを厚さ１８μｍのアルミニ
ウム箔上に塗布した後、加熱、プレスして負極を作製し
た。
ーボンブラックを１０００℃で炭素化した、平均粒径
０．２μｍの炭素材料９０重量％をＰＴＦＥ粉末１０重
量％と共に、中性界面活性剤を添加した水中に分散させ
てスラリを作り、このスラリを厚さ１８μｍのアルミニ
ウム箔上に塗布した後、加熱、プレスして負極を作製し
た。
【００２９】この時、正極、負極の目付量の比を正極：
負極＝１．７５〜２．０：１となるように調整した。こ
の際、負極の目付量としては２ｍｇ／ｃｍ2 〜６ｍｇ／
ｃｍ2 の範囲とした。
負極＝１．７５〜２．０：１となるように調整した。こ
の際、負極の目付量としては２ｍｇ／ｃｍ2 〜６ｍｇ／
ｃｍ2 の範囲とした。
【００３０】このように目付量の比を決めた理由は、正
極の目付比が２．０を超えた場合には、正極の電位が高
くならず、正極負極間電圧の上限を４．１Ｖとした場
合、負極の電位が０．１Ｖを下回り、アルミニウム箔と
リチウムとが反応してしまうからであり、また、正極の
目付比が１．７５より小さい場合には、負極の電位低下
に比べて正極の電位上昇が大きく、上記極間電圧が４．
１Ｖの時に正極の電位が４．３Ｖを超えてしまい、コバ
ルト酸リチウムの劣化が起こってしまうからである。
極の目付比が２．０を超えた場合には、正極の電位が高
くならず、正極負極間電圧の上限を４．１Ｖとした場
合、負極の電位が０．１Ｖを下回り、アルミニウム箔と
リチウムとが反応してしまうからであり、また、正極の
目付比が１．７５より小さい場合には、負極の電位低下
に比べて正極の電位上昇が大きく、上記極間電圧が４．
１Ｖの時に正極の電位が４．３Ｖを超えてしまい、コバ
ルト酸リチウムの劣化が起こってしまうからである。
【００３１】次に、以上のようにして作成した正極と負
極とを、ポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレ
ータで分離して正極、エパレータ、負極の順序で積層し
て電極群を作成した。
極とを、ポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレ
ータで分離して正極、エパレータ、負極の順序で積層し
て電極群を作成した。
【００３２】この電極群をステンレス製容器に収納した
後、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）を、エチレンカ
ーボネート（ＥＣ）とジメトキシエタン（ＤＭＥ）との
重量比１：１の混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌ溶解した電解液
を注入して電池を組み立てた。
後、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）を、エチレンカ
ーボネート（ＥＣ）とジメトキシエタン（ＤＭＥ）との
重量比１：１の混合溶媒に１ｍｏｌ／ｌ溶解した電解液
を注入して電池を組み立てた。
【００３３】なお、本実施例において結着剤としてＰＴ
ＦＥ粉末の代りにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）粉
末を用い、スラリ作成のための溶剤として中性界面活性
剤水溶液の代りにｎ−メチル−２ピロリドンを用いても
よい。
ＦＥ粉末の代りにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）粉
末を用い、スラリ作成のための溶剤として中性界面活性
剤水溶液の代りにｎ−メチル−２ピロリドンを用いても
よい。
【００３４】比較例１．負極集電箔としてアルミニウム
箔の代りに銅箔を用い、実施例と同じ材料で構成された
正極と負極の目付量の比を２．５：１となるように調整
した。他は実施例と同じであり、これら正極及び負極を
実施例と同じ方法で積層し、実施例と同じ電解液を注入
して電池として組み立てた。
箔の代りに銅箔を用い、実施例と同じ材料で構成された
正極と負極の目付量の比を２．５：１となるように調整
した。他は実施例と同じであり、これら正極及び負極を
実施例と同じ方法で積層し、実施例と同じ電解液を注入
して電池として組み立てた。
【００３５】実施例２．負極炭素物質として、アモルフ
ァス炭素材料の代りに、平均粒径１２μｍの天然黒鉛を
使用した。この負極と実施例と同じ材料で構成された正
極の目付量の比を２．０：１となるように調整した。他
は実施例と同じであり、これら正極及び負極を実施例と
同じ方法で積層し、実施例と同じ電解液を注入して電池
として組み立てた。
ァス炭素材料の代りに、平均粒径１２μｍの天然黒鉛を
使用した。この負極と実施例と同じ材料で構成された正
極の目付量の比を２．０：１となるように調整した。他
は実施例と同じであり、これら正極及び負極を実施例と
同じ方法で積層し、実施例と同じ電解液を注入して電池
として組み立てた。
【００３６】図５には、実施例と比較例１との充放電容
量に対する正極１４及び負極１６の電位（Ｖ ｖｓ Ｌ
ｉ+ ／Ｌｉ）の変化の様子が示される。図５において、
実施例も比較例１も共に負極活物質２４としてアモルフ
ァス炭素を使用しているので、充放電量の変化ととも
に、負極１６の電位が緩やかに変化している。比較例１
においては、負極１６の集電箔２０として銅箔を使用し
ているので、正極１４と負極１６の目付比を２．５：１
として、負極の電位をアルミニウム箔を使用した実施例
（０．１Ｖ）に比べてより低い値（０．０１Ｖ）まで下
げることができる。このため、正極１４の電位を、コバ
ルト酸リチウムの劣化を防止するために４．２Ｖを上限
とした場合に、極間電位として、実施例が４．１Ｖであ
るのに対し比較例１は４．２Ｖまで取ることができてい
る。
量に対する正極１４及び負極１６の電位（Ｖ ｖｓ Ｌ
ｉ+ ／Ｌｉ）の変化の様子が示される。図５において、
実施例も比較例１も共に負極活物質２４としてアモルフ
ァス炭素を使用しているので、充放電量の変化ととも
に、負極１６の電位が緩やかに変化している。比較例１
においては、負極１６の集電箔２０として銅箔を使用し
ているので、正極１４と負極１６の目付比を２．５：１
として、負極の電位をアルミニウム箔を使用した実施例
（０．１Ｖ）に比べてより低い値（０．０１Ｖ）まで下
げることができる。このため、正極１４の電位を、コバ
ルト酸リチウムの劣化を防止するために４．２Ｖを上限
とした場合に、極間電位として、実施例が４．１Ｖであ
るのに対し比較例１は４．２Ｖまで取ることができてい
る。
【００３７】しかし、表１に示されるように、充電容量
として同じ２０Ａｈに設定した場合に、負極１６の集電
箔２０として銅箔を使用した比較例１では、電池総重量
が９２０ｇとなっており、実施例の８１５ｇよりも重た
くなっている。この結果、エネルギ密度としては、実施
例が８７．１Ｗｈ／ｇであるのに対し、比較例１では７
８．３Ｗｈ／ｇであり、実施例よりも低い値となってい
る。
として同じ２０Ａｈに設定した場合に、負極１６の集電
箔２０として銅箔を使用した比較例１では、電池総重量
が９２０ｇとなっており、実施例の８１５ｇよりも重た
くなっている。この結果、エネルギ密度としては、実施
例が８７．１Ｗｈ／ｇであるのに対し、比較例１では７
８．３Ｗｈ／ｇであり、実施例よりも低い値となってい
る。
【００３８】なお、表１に示された結果は、容量及びエ
ネルギ密度を３時間率放電で測定した結果である。
ネルギ密度を３時間率放電で測定した結果である。
【００３９】
【表１】 図６には、実施例と比較例２との充放電容量に対する正
極１４及び負極１６の電位（Ｖ ｖｓ Ｌｉ+ ／Ｌｉ）
の変化の様子が示される。比較例２においては、負極活
物質２４として天然黒鉛が使用されているので、前述し
たように、リチウムイオンの挿入が０．２Ｖ付近から開
始され、充電当初から負極１６の電位が実施例に比べて
低い値となっている。また比較例２においては、負極１
６の集電箔２０としてアルミニウム箔が使用されている
ので、負極電位の下限値としては０．１Ｖとする必要が
あり、図６に示されるように、極間電位として３．９５
Ｖまでしか取ることができない。このため、実施例と同
じ充放電容量をかせぐためには、１つの電池セルの面積
を大きくするか、あるいは電池セルの積層数を増やす必
要があり、かえって重量が重くなる。
極１４及び負極１６の電位（Ｖ ｖｓ Ｌｉ+ ／Ｌｉ）
の変化の様子が示される。比較例２においては、負極活
物質２４として天然黒鉛が使用されているので、前述し
たように、リチウムイオンの挿入が０．２Ｖ付近から開
始され、充電当初から負極１６の電位が実施例に比べて
低い値となっている。また比較例２においては、負極１
６の集電箔２０としてアルミニウム箔が使用されている
ので、負極電位の下限値としては０．１Ｖとする必要が
あり、図６に示されるように、極間電位として３．９５
Ｖまでしか取ることができない。このため、実施例と同
じ充放電容量をかせぐためには、１つの電池セルの面積
を大きくするか、あるいは電池セルの積層数を増やす必
要があり、かえって重量が重くなる。
【００４０】表１に示されるように、容量として実施例
と同じ２０Ａｈを設定した場合に、電池総重量は、上述
したように各電池セルの面積あるいは積層数が大きくな
っているので、１２００ｇと重くなっている。このた
め、エネルギ密度も実施例が８７．１Ｗｈ／ｇであるの
に対し比較例２が５９．２Ｗｈ／ｇとかなり低くなって
いる。
と同じ２０Ａｈを設定した場合に、電池総重量は、上述
したように各電池セルの面積あるいは積層数が大きくな
っているので、１２００ｇと重くなっている。このた
め、エネルギ密度も実施例が８７．１Ｗｈ／ｇであるの
に対し比較例２が５９．２Ｗｈ／ｇとかなり低くなって
いる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正極活物質と負極活物質との目付量の比を制御すること
により、負極の駆動電位がリチウムの酸化還元電位に対
して０．１Ｖ以上となるようにした。また、負極炭素材
に黒鉛を用いると、リチウム挿入が主として０．１Ｖ以
下で起こるので、負極炭素材としてアモルファス炭素を
使用し、０．１Ｖ以上の広い領域で充放電が行えるよう
にした。これらの結果、負極集電箔としてアルミニウム
を使用することができるので、電池総重量の軽量化を図
ることができ、エネルギ密度を１０％以上向上すること
ができた。
正極活物質と負極活物質との目付量の比を制御すること
により、負極の駆動電位がリチウムの酸化還元電位に対
して０．１Ｖ以上となるようにした。また、負極炭素材
に黒鉛を用いると、リチウム挿入が主として０．１Ｖ以
下で起こるので、負極炭素材としてアモルファス炭素を
使用し、０．１Ｖ以上の広い領域で充放電が行えるよう
にした。これらの結果、負極集電箔としてアルミニウム
を使用することができるので、電池総重量の軽量化を図
ることができ、エネルギ密度を１０％以上向上すること
ができた。
【図１】 本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施
形態の断面図である。
形態の断面図である。
【図２】 負極活物質として使用される黒鉛の結晶構造
及びリチウムの挿入の様子を示す図である。
及びリチウムの挿入の様子を示す図である。
【図３】 負極活物質として使用されるアモルファス炭
素の結晶構造を示す図である。
素の結晶構造を示す図である。
【図４】 正極として使用されるコバルト酸リチウム及
び負極として使用されるアモルファス炭素及び黒鉛の充
放電時における電位の変化を示す図である。
び負極として使用されるアモルファス炭素及び黒鉛の充
放電時における電位の変化を示す図である。
【図５】 本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施
例と比較例１との充放電時における正極、負極の電位の
変化を示す図である。
例と比較例１との充放電時における正極、負極の電位の
変化を示す図である。
【図６】 本発明に係るリチウムイオン二次電池の実施
例と比較例２との充放電時における正極、負極の電位の
変化を示す図である。
例と比較例２との充放電時における正極、負極の電位の
変化を示す図である。
１０ 容器、１２ セパレータ、１４ 正極、１６ 負
極、１８ 電解液、２０ 集電箔、２２ 正極活物質、
２４ 負極活物質、２６ 炭素層、２８ 空隙部分。
極、１８ 電解液、２０ 集電箔、２２ 正極活物質、
２４ 負極活物質、２６ 炭素層、２８ 空隙部分。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素物質で構成された負極と、リチウム
イオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可
逆的に出し入れできる正極活物質とを備えたリチウムイ
オン二次電池であって、 負極集電箔としてアルミニウムが使用され、負極の駆動
電位を０．１Ｖ以上とするように正極と負極の目付量が
調整されていることを特徴とするリチウムイオン二次電
池。 - 【請求項２】 請求項１記載のリチウムイオン二次電池
において、 前記正極活物質がコバルト酸リチウムであり、前記負極
を構成する炭素物質がアモルファス炭素であり、前記正
極と負極の目付量の比が 正極：負極＝１．７５〜２．０：１ とされていることを特徴とするリチウムイオン二次電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090989A JPH09283117A (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | リチウムイオン二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090989A JPH09283117A (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | リチウムイオン二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283117A true JPH09283117A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=14013930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8090989A Pending JPH09283117A (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | リチウムイオン二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283117A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10149822A (ja) * | 1996-11-20 | 1998-06-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| WO2004114443A1 (ja) * | 2003-06-24 | 2004-12-29 | Electric Power Development Co., Ltd. | 負極材料、負極、その負極及び正極からなる非水系２次電池 |
| JP2005129492A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池の充放電制御方法 |
| JP2005243365A (ja) * | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Tdk Corp | リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法 |
| JP2005293950A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Tdk Corp | リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法 |
| JP2007059379A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-03-08 | Sony Corp | 電池 |
| JP2007165114A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | リチウム二次電池 |
| JP2009266708A (ja) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | リチウム二次電池 |
| WO2012133815A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | リンク株式会社 | 二次電池及びその製造方法 |
| US9583754B2 (en) | 2007-10-03 | 2017-02-28 | Sony Corporation | Heat-resistant insulating layer-provided separator containing heat-resistant resin and oxidation-resistant ceramic particles and non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JP2018056414A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
| USRE47520E1 (en) | 2000-04-10 | 2019-07-16 | Celgard, Llc | Separator for a high energy rechargeable lithium battery |
| JP2019164972A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 株式会社Ｇｓユアサ | 負極活物質、その製造方法、負極及び非水電解質蓄電素子 |
| CN111448701A (zh) * | 2017-11-22 | 2020-07-24 | 株式会社杰士汤浅国际 | 锂离子二次电池 |
| US11515537B2 (en) | 2017-11-22 | 2022-11-29 | Gs Yuasa International Ltd. | Energy storage device and energy storage apparatus |
-
1996
- 1996-04-12 JP JP8090989A patent/JPH09283117A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8785047B2 (en) | 2004-02-25 | 2014-07-22 | Tdk Corporation | Lithium-ion secondary battery and method of charging lithium-ion secondary battery |
| JP2005293950A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Tdk Corp | リチウムイオン二次電池、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法 |
| JP4626568B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2011-02-09 | ソニー株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
| JP2007059379A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-03-08 | Sony Corp | 電池 |
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| CN111448701A (zh) * | 2017-11-22 | 2020-07-24 | 株式会社杰士汤浅国际 | 锂离子二次电池 |
| US11515537B2 (en) | 2017-11-22 | 2022-11-29 | Gs Yuasa International Ltd. | Energy storage device and energy storage apparatus |
| US11621417B2 (en) | 2017-11-22 | 2023-04-04 | Gs Yuasa International Ltd. | Lithium ion secondary battery |
| JP2019164972A (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 株式会社Ｇｓユアサ | 負極活物質、その製造方法、負極及び非水電解質蓄電素子 |
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