JPH09293496A - 積層型電池 - Google Patents
積層型電池Info
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- JPH09293496A JPH09293496A JP8130788A JP13078896A JPH09293496A JP H09293496 A JPH09293496 A JP H09293496A JP 8130788 A JP8130788 A JP 8130788A JP 13078896 A JP13078896 A JP 13078896A JP H09293496 A JPH09293496 A JP H09293496A
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- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で高容量を得ることができ、しかも充放
電効率に温度依存性のない安定した高性能の電池を提供
するものである。 【解決手段】 集電体及び活物質層をそれぞれ有する正
極及び負極からなる電極が、電解液及びセパレータを介
して設けられた積層型電池において、正極または負極が
有する活物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数
の薄膜を積層して形成され、正極または負極が有する集
電体上にそれぞれ形成されることを特徴とする。
電効率に温度依存性のない安定した高性能の電池を提供
するものである。 【解決手段】 集電体及び活物質層をそれぞれ有する正
極及び負極からなる電極が、電解液及びセパレータを介
して設けられた積層型電池において、正極または負極が
有する活物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数
の薄膜を積層して形成され、正極または負極が有する集
電体上にそれぞれ形成されることを特徴とする。
Description
【０００１】
【０００１】
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、正極、負極、電解液を
持ち、それらの化学反応から電力を取り出すことが可能
な化学電池に関する。
持ち、それらの化学反応から電力を取り出すことが可能
な化学電池に関する。
【０００３】
【０００２】
【０００４】
【従来の技術】化学電池は、例えば図３に示すように、
正極集電体１０１上に正極活物質層１０３が形成された
正極と、負極集電体１０２上に負極活物質層１０４が形
成された負極とがセパレータ１０５によって離間され、
ガスケット１０７等により固定されて内部に電解液１０
６が充填され密封されたパッケージを構成する。また、
セパレータ１０５は正極活物質層１０３と負極活物質層
１０４を絶縁するが、電解液中のイオン伝導を阻害しな
いように多孔質絶縁体で形成され、電解液１０６がイオ
ンの量を調節することにより、正極活物質層１０３及び
負極活物質層１０４がそれぞれ電荷の蓄積、放出を行い
正極集電体１０１及び負極集電体１０２に電荷を移動さ
せ両極に電位を有する電池を構成する。
正極集電体１０１上に正極活物質層１０３が形成された
正極と、負極集電体１０２上に負極活物質層１０４が形
成された負極とがセパレータ１０５によって離間され、
ガスケット１０７等により固定されて内部に電解液１０
６が充填され密封されたパッケージを構成する。また、
セパレータ１０５は正極活物質層１０３と負極活物質層
１０４を絶縁するが、電解液中のイオン伝導を阻害しな
いように多孔質絶縁体で形成され、電解液１０６がイオ
ンの量を調節することにより、正極活物質層１０３及び
負極活物質層１０４がそれぞれ電荷の蓄積、放出を行い
正極集電体１０１及び負極集電体１０２に電荷を移動さ
せ両極に電位を有する電池を構成する。
【０００５】
【０００３】また、正極活物質層１０３、負極活物質層
１０４は電池のコンダクタンスを構成し、その値は用い
られる活物質の質量に依存して増えるため、各活物質層
の面積に比例し、厚さに逆比例して大きくなる。したが
って、電池のコンダクタンスを大きくして充放電時に電
池内部に流れる電流を大きくして充放電特性を良好なも
のとするためには正極活物質層１０３、負極活物質層１
０４の面積を大きくするか、または厚く形成することが
必要である。
１０４は電池のコンダクタンスを構成し、その値は用い
られる活物質の質量に依存して増えるため、各活物質層
の面積に比例し、厚さに逆比例して大きくなる。したが
って、電池のコンダクタンスを大きくして充放電時に電
池内部に流れる電流を大きくして充放電特性を良好なも
のとするためには正極活物質層１０３、負極活物質層１
０４の面積を大きくするか、または厚く形成することが
必要である。
【０００６】
【０００４】また、電池の充放電は、活物質と電解液界
面でのイオンのインターカレート・脱インターカレート
（あるいはドープ・脱ドープ）なので、活物質層を構成
する活物質の表面と内部ではインターカレートの度合
い、又はドープ度合いに差が生じる。この場合、表面の
寄与が大きいと考えられるので、内部と表面をおなじよ
うに無駄なく利用するには、同じ質量の活物質でも電解
液との接触面積が大きいほうが有効であり、したがって
充放電効率があがる。
面でのイオンのインターカレート・脱インターカレート
（あるいはドープ・脱ドープ）なので、活物質層を構成
する活物質の表面と内部ではインターカレートの度合
い、又はドープ度合いに差が生じる。この場合、表面の
寄与が大きいと考えられるので、内部と表面をおなじよ
うに無駄なく利用するには、同じ質量の活物質でも電解
液との接触面積が大きいほうが有効であり、したがって
充放電効率があがる。
【０００７】
【０００５】
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】近年、電池を用いた電
子機器の需要が増大し、多様な用途に用いられることか
ら、小型で高容量を得ることができ、充放電効率に温度
依存性のない安定した高性能の電池が要求されている。
子機器の需要が増大し、多様な用途に用いられることか
ら、小型で高容量を得ることができ、充放電効率に温度
依存性のない安定した高性能の電池が要求されている。
【０００９】
【０００６】このような要求に対し、上述した従来の電
池構成において、正極活物質層、負極活物質層の面積を
それぞれ大きくして容量を確保しようとすると、電池が
大型となるので、従来では例えば図４に示すように、セ
パレータを正極及び負極で挟んだものを、さらに例えば
円柱状に巻いた状態で電解液内に密封して電池を形成し
たりする方法を用いていたが、正極活物質層、負極活物
質層の厚さを厚く形成して容量を確保しようとすると、
小形化に限界があり、また、電池の低温での放電特性が
極端に悪化し、動作が不安定なものとなってしまう、と
いった問題点があった。
池構成において、正極活物質層、負極活物質層の面積を
それぞれ大きくして容量を確保しようとすると、電池が
大型となるので、従来では例えば図４に示すように、セ
パレータを正極及び負極で挟んだものを、さらに例えば
円柱状に巻いた状態で電解液内に密封して電池を形成し
たりする方法を用いていたが、正極活物質層、負極活物
質層の厚さを厚く形成して容量を確保しようとすると、
小形化に限界があり、また、電池の低温での放電特性が
極端に悪化し、動作が不安定なものとなってしまう、と
いった問題点があった。
【００１０】
【０００７】
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点に
鑑みなされたものであり、小型で高容量を得ることがで
き、しかも充放電効率に温度依存性のない安定した高性
能の電池を提供することを目的とし、請求項１記載の発
明は、集電体及び活物質層をそれぞれ有する正極及び負
極からなる電極が、電解液及びセパレータを介して設け
られた積層型電池において、正極または負極が有する活
物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数の薄膜を
積層して形成され、正極または負極が有する集電体上に
それぞれ形成されることを特徴とする。
鑑みなされたものであり、小型で高容量を得ることがで
き、しかも充放電効率に温度依存性のない安定した高性
能の電池を提供することを目的とし、請求項１記載の発
明は、集電体及び活物質層をそれぞれ有する正極及び負
極からなる電極が、電解液及びセパレータを介して設け
られた積層型電池において、正極または負極が有する活
物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数の薄膜を
積層して形成され、正極または負極が有する集電体上に
それぞれ形成されることを特徴とする。
【００１２】
【０００８】
【００１３】
【作用】本発明は以上のように構成したので、正極また
は負極の集電体上に、複数の活物質からなる薄膜を積層
してそれぞれに対応する活物質層を形成するようにした
ので、電池形状を小型に保ちつつ、活物質層を形成する
活物質と電解液界面が接する面積を増やすことができ、
充放電効率が低温でも低下しないので、高容量で安定し
た充放電を行うことができる。
は負極の集電体上に、複数の活物質からなる薄膜を積層
してそれぞれに対応する活物質層を形成するようにした
ので、電池形状を小型に保ちつつ、活物質層を形成する
活物質と電解液界面が接する面積を増やすことができ、
充放電効率が低温でも低下しないので、高容量で安定し
た充放電を行うことができる。
【００１４】
【０００９】
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図１
乃至図２に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の
一実施形態における２次電池の概略構造図であり、
（ａ）は断面構造図を示し、（ｂ）は、（ａ）における
矢印Ａ部の拡大構造図を示している。図１において、１
は正極の集電体であり、電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、アルミ箔、ニッケル箔などで形成される。
乃至図２に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の
一実施形態における２次電池の概略構造図であり、
（ａ）は断面構造図を示し、（ｂ）は、（ａ）における
矢印Ａ部の拡大構造図を示している。図１において、１
は正極の集電体であり、電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、アルミ箔、ニッケル箔などで形成される。
【００１６】
【００１０】また、２は正極の活物質層であり、第１の
膜２ａと、１または複数（図１では３枚）からなる第２
の膜２ｂで構成され、第１の膜２ａが有する一方の面は
集電体１上に積層されて密着し、さらに第１の膜２ａが
有する他方の面上に第２の膜２ｂが積層されて、第２の
膜２ｂに接触している。また、第２の膜２ｂが複数であ
る場合は、積層される互いの面は接触して構成される。
なお、第２の膜２ｂは、形成される電池の容量により適
宜その枚数が設定される。
膜２ａと、１または複数（図１では３枚）からなる第２
の膜２ｂで構成され、第１の膜２ａが有する一方の面は
集電体１上に積層されて密着し、さらに第１の膜２ａが
有する他方の面上に第２の膜２ｂが積層されて、第２の
膜２ｂに接触している。また、第２の膜２ｂが複数であ
る場合は、積層される互いの面は接触して構成される。
なお、第２の膜２ｂは、形成される電池の容量により適
宜その枚数が設定される。
【００１７】
【００１１】第１の膜２ａは、活物質、導電材、結着剤
をそれぞれ適当な比率で均一に混合し、集電体１上に、
サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲においてほぼ
均一の厚さに形成されたものであり、第２の膜２ｂが積
層される表面は微細な凹凸を有する。
をそれぞれ適当な比率で均一に混合し、集電体１上に、
サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲においてほぼ
均一の厚さに形成されたものであり、第２の膜２ｂが積
層される表面は微細な凹凸を有する。
【００１８】
【００１２】第１の膜２ａに用いる活物質としては、例
えば、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎＯ2 、Ｖ
2 Ｏ5 、Ｖ6 Ｏ13、ＴｉＳ2 、ＭｏＳ2 、ＮｂＳｅ3 、
Ｃｒ2 Ｏ5 、Ｃｒ3 Ｏ8 、ＬｉＡｌＣｌ4 ・３ＳＯ2 な
どの無機正極活物質や、ポリアニリン、ポリチオフェ
ン、ポリピオール、ポリアズレンなどの有機正極活物質
があり、これらを単体または複数種類で用いる。
えば、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎＯ2 、Ｖ
2 Ｏ5 、Ｖ6 Ｏ13、ＴｉＳ2 、ＭｏＳ2 、ＮｂＳｅ3 、
Ｃｒ2 Ｏ5 、Ｃｒ3 Ｏ8 、ＬｉＡｌＣｌ4 ・３ＳＯ2 な
どの無機正極活物質や、ポリアニリン、ポリチオフェ
ン、ポリピオール、ポリアズレンなどの有機正極活物質
があり、これらを単体または複数種類で用いる。
【００１９】
【００１３】また、第１の膜２ａに用いられる導電材に
は、黒鉛、アセチレンブラック、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、ポリピオール、ポリアズレンなどがあり、結
着剤には、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロ
ン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピオール、ポ
リアズレンなどがあり、それぞれ、単体または複数種類
で用いる。
は、黒鉛、アセチレンブラック、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、ポリピオール、ポリアズレンなどがあり、結
着剤には、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロ
ン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピオール、ポ
リアズレンなどがあり、それぞれ、単体または複数種類
で用いる。
【００２０】
【００１４】また、第２の膜２ｂは、第１の膜２ａと同
様に活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適当な比率で均
一に混合し、サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲
においてほぼ均一な厚さに形成され、ある程度物理強度
を有し、自身の形状を保持する膜であり、表面に微細な
凹凸を有する。第２の膜２ｂに用いられる活物質、導電
材、結着剤は先に述べた第１の膜２ａと同様の材料で構
成される。
様に活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適当な比率で均
一に混合し、サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲
においてほぼ均一な厚さに形成され、ある程度物理強度
を有し、自身の形状を保持する膜であり、表面に微細な
凹凸を有する。第２の膜２ｂに用いられる活物質、導電
材、結着剤は先に述べた第１の膜２ａと同様の材料で構
成される。
【００２１】集電体１及び活物質層２は、以上のように
形成され、電池の正極を構成する。
形成され、電池の正極を構成する。
【００２２】
【００１５】また、図１において、３は負極の集電体で
あり、集電体１と同様に電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、銅箔などで形成される。また、４は負極の
活物質層であり、活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適
当な比率で均一に混合し、集電体３上に均一の厚さに形
成されたものであり、用いる活物質としては、例えば、
リチウム、リチウム−アルミ合金、グラファイト（天然
黒鉛、人造黒鉛）、コークス、熱分解カーボン、炭素繊
維、カーボンブラック、ポリマ−焼成体、メソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）などがあり、これらを単体
または複数種類で用いられる。
あり、集電体１と同様に電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、銅箔などで形成される。また、４は負極の
活物質層であり、活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適
当な比率で均一に混合し、集電体３上に均一の厚さに形
成されたものであり、用いる活物質としては、例えば、
リチウム、リチウム−アルミ合金、グラファイト（天然
黒鉛、人造黒鉛）、コークス、熱分解カーボン、炭素繊
維、カーボンブラック、ポリマ−焼成体、メソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）などがあり、これらを単体
または複数種類で用いられる。
【００２３】
【００１６】また、活物質層４に用いられる導電材に
は、黒鉛、アセチレンブラックなどがあり、結着剤に
は、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロンなど
があり、それぞれ、単体または複数種類で用いられる。
は、黒鉛、アセチレンブラックなどがあり、結着剤に
は、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロンなど
があり、それぞれ、単体または複数種類で用いられる。
【００２４】集電体３及び活物質層４は、以上のように
形成され、電池の負極を構成する。
形成され、電池の負極を構成する。
【００２５】
【００１７】また、以上述べた正極及び負極は、絶縁材
料からなるセパレータ５を挟むことによって直接接触す
ることなく配置され、例えば、ガスケット６などの密封
手段により密封し、密封された内部には電解液７を充填
して、電池を形成する。
料からなるセパレータ５を挟むことによって直接接触す
ることなく配置され、例えば、ガスケット６などの密封
手段により密封し、密封された内部には電解液７を充填
して、電池を形成する。
【００２６】
【００１８】セパレータ５は、電気絶縁性が大きいこと
に加え、電解質イオンを通す多孔質であり、電解液７に
対して安定である材料で形成され、例えば、ガラス不織
布、ポリプロピレン不織布、ポリプロピレン多孔質フィ
ルム、ポリエチレン、多孔質フィルムなどで構成され
る。したがって、微細な凹凸面を有する第１の膜２ａと
第２の膜２ｂの隙間、及び複数の第２の膜２ｂの隙間は
電解液７が充填し、セパレータ５は、電解液７中に含浸
された状態となる。
に加え、電解質イオンを通す多孔質であり、電解液７に
対して安定である材料で形成され、例えば、ガラス不織
布、ポリプロピレン不織布、ポリプロピレン多孔質フィ
ルム、ポリエチレン、多孔質フィルムなどで構成され
る。したがって、微細な凹凸面を有する第１の膜２ａと
第２の膜２ｂの隙間、及び複数の第２の膜２ｂの隙間は
電解液７が充填し、セパレータ５は、電解液７中に含浸
された状態となる。
【００２７】
【００１９】電解液７は、電解質塩からなる溶質が溶媒
中に所定量溶解したものであり、正負のイオンが電離し
た状態で存在している。電解液に用いる溶質には、例え
ばＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ
6 、ＬｉＳＯ3 ＣＦ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 など
があり、溶媒には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ガ
ンマブチロラクトン（γＢＬ）、１、２−ジメトキシエ
タン（ＤＭＥ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メ
チルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネ
ート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジ
メチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン（Ｓ
Ｌ）、Ｍ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセ
トニトリル（ＡＣＮ）、ニトロメタン（ＮＭ）、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）、１、３−ジオキソラン（Ｄｉ
ｏｘ）、２−メトキシテトラヒドロフラン（２Ｍｅ−Ｔ
ＨＦ）、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、プロピオン酸エ
チル（ＥＰ）、ジメトキシプロパンなどがある。なおこ
れらの溶媒は、適宜複数種類混合して用いてもよい。
中に所定量溶解したものであり、正負のイオンが電離し
た状態で存在している。電解液に用いる溶質には、例え
ばＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＡｓＦ
6 、ＬｉＳＯ3 ＣＦ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 など
があり、溶媒には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ガ
ンマブチロラクトン（γＢＬ）、１、２−ジメトキシエ
タン（ＤＭＥ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メ
チルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネ
ート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジ
メチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン（Ｓ
Ｌ）、Ｍ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセ
トニトリル（ＡＣＮ）、ニトロメタン（ＮＭ）、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）、１、３−ジオキソラン（Ｄｉ
ｏｘ）、２−メトキシテトラヒドロフラン（２Ｍｅ−Ｔ
ＨＦ）、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、プロピオン酸エ
チル（ＥＰ）、ジメトキシプロパンなどがある。なおこ
れらの溶媒は、適宜複数種類混合して用いてもよい。
【００２８】
【００２０】本発明の一実施形態における２次電池は、
このように構成され、電解液中のイオンが、正極の活物
質層２及び負極の活物質層４との活量差による拡散作用
によりそれぞれ対応する活物質層との界面に移動し、各
活物質層に接続された正負の電極に電位が発生する。
このように構成され、電解液中のイオンが、正極の活物
質層２及び負極の活物質層４との活量差による拡散作用
によりそれぞれ対応する活物質層との界面に移動し、各
活物質層に接続された正負の電極に電位が発生する。
【００２９】
【００２１】また、この２次電池を用いて両電極間を充
放電する場合は、両極の活物質層２、４がそれぞれ有す
る活物質と、電解液７界面でのイオンのインターカレー
ト・脱インターカレート（あるいはドープ・脱ドープ）
が行われて正負の電荷を対応する電極に順次供給するよ
うに動作するが、この場合、電解液７と接する活物質層
２は、微細な凹凸を形成する第１の膜２ａの一方の表面
及び、同じく微細な凹凸を形成する第２の膜２ｂの両面
が全て電解液７と接するので、活物質層２とイオンのイ
ンターカレート・脱インターカレート（あるいはドープ
・脱ドープ）する電解液７界面の面積を大きくすること
ができ、したがって、電池のコンダクタンスが大きな値
となるので電池容量を大きくすることができ、しかも充
放電効率が良くなる。
放電する場合は、両極の活物質層２、４がそれぞれ有す
る活物質と、電解液７界面でのイオンのインターカレー
ト・脱インターカレート（あるいはドープ・脱ドープ）
が行われて正負の電荷を対応する電極に順次供給するよ
うに動作するが、この場合、電解液７と接する活物質層
２は、微細な凹凸を形成する第１の膜２ａの一方の表面
及び、同じく微細な凹凸を形成する第２の膜２ｂの両面
が全て電解液７と接するので、活物質層２とイオンのイ
ンターカレート・脱インターカレート（あるいはドープ
・脱ドープ）する電解液７界面の面積を大きくすること
ができ、したがって、電池のコンダクタンスが大きな値
となるので電池容量を大きくすることができ、しかも充
放電効率が良くなる。
【００３０】
【００２２】図２は、図１の２次電池の正極の第２の膜
２ｂの積層数を変化させて、正極の活物質層の総重量を
変化させた場合の−２０℃における対室温放電容量特性
（室温での放電容量を１００％とした場合の、−２０℃
における放電容量の割合をパーセンテージで示し、劣化
の度合いを示す特性）を、従来の単層型の２次電池と比
較して示したものであり、第１の膜２ａ及び第２の膜２
ｂには、ポリアニリンを使用し、負極にはリチウム（Ｌ
ｉ）を使用し、セパレータ５にはガラスフィルタを使用
して、正極と負極とでセパレータを挟持して、第１の膜
２ａ及び第２の膜２ｂを互いに積層保持する構造とし
た。
２ｂの積層数を変化させて、正極の活物質層の総重量を
変化させた場合の−２０℃における対室温放電容量特性
（室温での放電容量を１００％とした場合の、−２０℃
における放電容量の割合をパーセンテージで示し、劣化
の度合いを示す特性）を、従来の単層型の２次電池と比
較して示したものであり、第１の膜２ａ及び第２の膜２
ｂには、ポリアニリンを使用し、負極にはリチウム（Ｌ
ｉ）を使用し、セパレータ５にはガラスフィルタを使用
して、正極と負極とでセパレータを挟持して、第１の膜
２ａ及び第２の膜２ｂを互いに積層保持する構造とし
た。
【００３１】
【００２３】また、電解液７には、エチレンカーボネー
ト（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン（γＢＬ）と１、２
−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）をそれぞれ容積比が３対
４対３の比率となるように混合した溶媒に、溶質ホウフ
ッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ）を１．０（ｍｏｌ／ｌ）に
なるように溶解させたものを使用し、テフロン製のパッ
ケージ内に充填し、第１の膜２ａ、第２の膜２ｂ、セパ
レータ５にそれぞれ含浸させた。なお、比較する従来の
２次電池の各部構成に用いた材料は、上記材料と同等の
ものを用い、正極の活物質層の形状のみ異なる構成とし
た。
ト（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン（γＢＬ）と１、２
−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）をそれぞれ容積比が３対
４対３の比率となるように混合した溶媒に、溶質ホウフ
ッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ）を１．０（ｍｏｌ／ｌ）に
なるように溶解させたものを使用し、テフロン製のパッ
ケージ内に充填し、第１の膜２ａ、第２の膜２ｂ、セパ
レータ５にそれぞれ含浸させた。なお、比較する従来の
２次電池の各部構成に用いた材料は、上記材料と同等の
ものを用い、正極の活物質層の形状のみ異なる構成とし
た。
【００３２】
【００２４】このようにして構成される２次電池を３．
９〜２．８Ｖの電圧範囲で０．２ｃで、充電時間６時間
（定電流定電圧充電）、充電休止１時間、放電休止１０
分間の条件で、充放電を行う。また、−２０℃での放電
は、満充電で恒温槽に２次電池を投入し温度平衡に達し
てから放電を行い、図２の特性が得られた。
９〜２．８Ｖの電圧範囲で０．２ｃで、充電時間６時間
（定電流定電圧充電）、充電休止１時間、放電休止１０
分間の条件で、充放電を行う。また、−２０℃での放電
は、満充電で恒温槽に２次電池を投入し温度平衡に達し
てから放電を行い、図２の特性が得られた。
【００３３】
【００２５】同図からわかるように、正極の活物質層を
単層構造で用いた従来の２次電池では、正極の活物質層
を厚くして重量を増すと、急激に対室温放電容量が劣化
するが、正極の活物質層を薄膜で形成し、薄膜を５層、
９層と積層することにより正極の活物質層の重量を次第
に増やした場合は、対室温放電容量の劣化は非常に少な
い。
単層構造で用いた従来の２次電池では、正極の活物質層
を厚くして重量を増すと、急激に対室温放電容量が劣化
するが、正極の活物質層を薄膜で形成し、薄膜を５層、
９層と積層することにより正極の活物質層の重量を次第
に増やした場合は、対室温放電容量の劣化は非常に少な
い。
【００３４】
【００２６】なお、上述した本発明の一実施形態におけ
る２次電池では、正極に用いる活物質層を、正極の集電
体上に形成した第１の膜２ａと１または複数からなる第
２の膜２ｂで構成し、正極の集電体とセパレータで挟持
して、正極の活物質層が複数層に積層される構造とした
が、負極の活物質層を複数の薄膜で積層する構成として
も良く、その場合は、本発明で用いた正極の活物質層と
同様に、負極の集電体上に密着して形成される活物質の
薄膜と、１または複数からなる第２の膜で構成し、共に
負極の集電体とセパレータで挟持するようにして負極の
活物質層が複数層に積層される２次電池構造を有しても
よく、さらに、両極の活物質層を複層構造にしても良
い。
る２次電池では、正極に用いる活物質層を、正極の集電
体上に形成した第１の膜２ａと１または複数からなる第
２の膜２ｂで構成し、正極の集電体とセパレータで挟持
して、正極の活物質層が複数層に積層される構造とした
が、負極の活物質層を複数の薄膜で積層する構成として
も良く、その場合は、本発明で用いた正極の活物質層と
同様に、負極の集電体上に密着して形成される活物質の
薄膜と、１または複数からなる第２の膜で構成し、共に
負極の集電体とセパレータで挟持するようにして負極の
活物質層が複数層に積層される２次電池構造を有しても
よく、さらに、両極の活物質層を複層構造にしても良
い。
【００３５】
【００２７】また、上述した本発明の一実施形態におけ
る２次電池では、正極及び負極でセパレータを挟持した
積層体を平面状に形成したが、これら積層体をさらに円
柱状に巻取って形成しても良い。
る２次電池では、正極及び負極でセパレータを挟持した
積層体を平面状に形成したが、これら積層体をさらに円
柱状に巻取って形成しても良い。
【００３６】
【００２８】
【００３７】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したため、正
極または負極の集電体上に、同一又は複数の活物質から
なる複数の薄膜を積層してそれぞれに対応する活物質層
を形成するようにしたので、電池形状を小型に保ちつ
つ、活物質層を形成する活物質と電解液界面が接する面
積を増やすことができ、充放電効率が低温でも低下しな
いので、高容量で安定した充放電を行うことができる。
極または負極の集電体上に、同一又は複数の活物質から
なる複数の薄膜を積層してそれぞれに対応する活物質層
を形成するようにしたので、電池形状を小型に保ちつ
つ、活物質層を形成する活物質と電解液界面が接する面
積を増やすことができ、充放電効率が低温でも低下しな
いので、高容量で安定した充放電を行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態における２次電池の概略構
造断面図である。
造断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における２次電池の−２０
℃における対室温放電容量特性を示すグラフである。
℃における対室温放電容量特性を示すグラフである。
【図３】従来の化学電池の概略構造断面図である。
【図４】従来の化学電池に用いられる正極及び負極及び
セパレータの積層体が円柱状に巻かれた状態を示す概略
構造図である。
セパレータの積層体が円柱状に巻かれた状態を示す概略
構造図である。
１・・・・・集電体 ２・・・・・活物質層 ２ａ・・・・第１の膜 ２ｂ・・・・第２の膜 ３・・・・・集電体 ４・・・・・活物質層 ５・・・・・セパレータ ６・・・・・ガスケット ７・・・・・電解液
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、正極、負極、電解液を
持ち、それらの化学反応から電力を取り出すことが可能
な化学電池に関する。
持ち、それらの化学反応から電力を取り出すことが可能
な化学電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学電池は、例えば図３に示すように、
正極集電体１０１上に正極活物質層１０３が形成された
正極と、負極集電体１０２上に負極活物質層１０４が形
成された負極とがセパレータ１０５によって離間され、
ガスケット１０７等により固定されて内部に電解液１０
６が充填され密封されたパッケージを構成する。また、
セパレータ１０５は正極活物質層１０３と負極活物質層
１０４を絶縁するが、電解液中のイオン伝導を阻害しな
いように多孔質絶縁体で形成され、電解液１０６がイオ
ンの量を調節することにより、正極活物質層１０３及び
負極活物質層１０４がそれぞれ電荷の蓄積、放出を行い
正極集電体１０１及び負極集電体１０２に電荷を移動さ
せ両極に電位を有する電池を構成する。
正極集電体１０１上に正極活物質層１０３が形成された
正極と、負極集電体１０２上に負極活物質層１０４が形
成された負極とがセパレータ１０５によって離間され、
ガスケット１０７等により固定されて内部に電解液１０
６が充填され密封されたパッケージを構成する。また、
セパレータ１０５は正極活物質層１０３と負極活物質層
１０４を絶縁するが、電解液中のイオン伝導を阻害しな
いように多孔質絶縁体で形成され、電解液１０６がイオ
ンの量を調節することにより、正極活物質層１０３及び
負極活物質層１０４がそれぞれ電荷の蓄積、放出を行い
正極集電体１０１及び負極集電体１０２に電荷を移動さ
せ両極に電位を有する電池を構成する。
【０００３】また、正極活物質層１０３、負極活物質層
１０４は電池のコンダクタンスを構成し、その値は用い
られる活物質の質量に依存して増えるため、各活物質層
の面積に比例し、厚さに逆比例して大きくなる。したが
って、電池のコンダクタンスを大きくして充放電時に電
池内部に流れる電流を大きくして充放電特性を良好なも
のとするためには正極活物質層１０３、負極活物質層１
０４の面積を大きくするか、または厚く形成することが
必要である。
１０４は電池のコンダクタンスを構成し、その値は用い
られる活物質の質量に依存して増えるため、各活物質層
の面積に比例し、厚さに逆比例して大きくなる。したが
って、電池のコンダクタンスを大きくして充放電時に電
池内部に流れる電流を大きくして充放電特性を良好なも
のとするためには正極活物質層１０３、負極活物質層１
０４の面積を大きくするか、または厚く形成することが
必要である。
【０００４】また、電池の充放電は、活物質と電解液界
面でのイオンのインターカレート・脱インターカレート
（あるいはドープ・脱ドープ）なので、活物質層を構成
する活物質の表面と内部ではインターカレートの度合
い、又はドープ度合いに差が生じる。この場合、表面の
寄与が大きいと考えられるので、内部と表面をおなじよ
うに無駄なく利用するには、同じ質量の活物質でも電解
液との接触面積が大きいほうが有効であり、したがって
充放電効率があがる。
面でのイオンのインターカレート・脱インターカレート
（あるいはドープ・脱ドープ）なので、活物質層を構成
する活物質の表面と内部ではインターカレートの度合
い、又はドープ度合いに差が生じる。この場合、表面の
寄与が大きいと考えられるので、内部と表面をおなじよ
うに無駄なく利用するには、同じ質量の活物質でも電解
液との接触面積が大きいほうが有効であり、したがって
充放電効率があがる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、電池を用いた電
子機器の需要が増大し、多様な用途に用いられることか
ら、小型で高容量を得ることができ、充放電効率に温度
依存性のない安定した高性能の電池が要求されている。
子機器の需要が増大し、多様な用途に用いられることか
ら、小型で高容量を得ることができ、充放電効率に温度
依存性のない安定した高性能の電池が要求されている。
【０００６】このような要求に対し、上述した従来の電
池構成において、正極活物質層、負極活物質層の面積を
それぞれ大きくして容量を確保しようとすると、電池が
大型となるので、従来では例えば図４に示すように、セ
パレータを正極及び負極で挟んだものを、さらに例えば
円柱状に巻いた状態で電解液内に密封して電池を形成し
たりする方法を用いていたが、正極活物質層、負極活物
質層の厚さを厚く形成して容量を確保しようとすると、
小形化に限界があり、また、電池の低温での放電特性が
極端に悪化し、動作が不安定なものとなってしまう、と
いった問題点があった。
池構成において、正極活物質層、負極活物質層の面積を
それぞれ大きくして容量を確保しようとすると、電池が
大型となるので、従来では例えば図４に示すように、セ
パレータを正極及び負極で挟んだものを、さらに例えば
円柱状に巻いた状態で電解液内に密封して電池を形成し
たりする方法を用いていたが、正極活物質層、負極活物
質層の厚さを厚く形成して容量を確保しようとすると、
小形化に限界があり、また、電池の低温での放電特性が
極端に悪化し、動作が不安定なものとなってしまう、と
いった問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点に
鑑みなされたものであり、小型で高容量を得ることがで
き、しかも充放電効率に温度依存性のない安定した高性
能の電池を提供することを目的とし、請求項１記載の発
明は、集電体及び活物質層をそれぞれ有する正極及び負
極からなる電極が、電解液及びセパレータを介して設け
られた積層型電池において、正極または負極が有する活
物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数の薄膜を
積層して形成され、正極または負極が有する集電体上に
それぞれ形成されることを特徴とする。
鑑みなされたものであり、小型で高容量を得ることがで
き、しかも充放電効率に温度依存性のない安定した高性
能の電池を提供することを目的とし、請求項１記載の発
明は、集電体及び活物質層をそれぞれ有する正極及び負
極からなる電極が、電解液及びセパレータを介して設け
られた積層型電池において、正極または負極が有する活
物質層は、同一又は複数の活物質からなる複数の薄膜を
積層して形成され、正極または負極が有する集電体上に
それぞれ形成されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は以上のように構成したので、正極また
は負極の集電体上に、複数の活物質からなる薄膜を積層
してそれぞれに対応する活物質層を形成するようにした
ので、電池形状を小型に保ちつつ、活物質層を形成する
活物質と電解液界面が接する面積を増やすことができ、
充放電効率が低温でも低下しないので、高容量で安定し
た充放電を行うことができる。
は負極の集電体上に、複数の活物質からなる薄膜を積層
してそれぞれに対応する活物質層を形成するようにした
ので、電池形状を小型に保ちつつ、活物質層を形成する
活物質と電解液界面が接する面積を増やすことができ、
充放電効率が低温でも低下しないので、高容量で安定し
た充放電を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図１
乃至図２に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の
一実施形態における２次電池の概略構造図であり、
（ａ）は断面構造図を示し、（ｂ）は、（ａ）における
矢印Ａ部の拡大構造図を示している。図１において、１
は正極の集電体であり、電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、アルミ箔、ニッケル箔などで形成される。
乃至図２に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の
一実施形態における２次電池の概略構造図であり、
（ａ）は断面構造図を示し、（ｂ）は、（ａ）における
矢印Ａ部の拡大構造図を示している。図１において、１
は正極の集電体であり、電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、アルミ箔、ニッケル箔などで形成される。
【００１０】また、２は正極の活物質層であり、第１の
膜２ａと、１または複数（図１では３枚）からなる第２
の膜２ｂで構成され、第１の膜２ａが有する一方の面は
集電体１上に積層されて密着し、さらに第１の膜２ａが
有する他方の面上に第２の膜２ｂが積層されて、第２の
膜２ｂに接触している。また、第２の膜２ｂが複数であ
る場合は、積層される互いの面は接触して構成される。
なお、第２の膜２ｂは、形成される電池の容量により適
宜その枚数が設定される。
膜２ａと、１または複数（図１では３枚）からなる第２
の膜２ｂで構成され、第１の膜２ａが有する一方の面は
集電体１上に積層されて密着し、さらに第１の膜２ａが
有する他方の面上に第２の膜２ｂが積層されて、第２の
膜２ｂに接触している。また、第２の膜２ｂが複数であ
る場合は、積層される互いの面は接触して構成される。
なお、第２の膜２ｂは、形成される電池の容量により適
宜その枚数が設定される。
【００１１】第１の膜２ａは、活物質、導電材、結着剤
をそれぞれ適当な比率で均一に混合し、集電体１上に、
サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲においてほぼ
均一の厚さに形成されたものであり、第２の膜２ｂが積
層される表面は微細な凹凸を有する。
をそれぞれ適当な比率で均一に混合し、集電体１上に、
サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲においてほぼ
均一の厚さに形成されたものであり、第２の膜２ｂが積
層される表面は微細な凹凸を有する。
【００１２】第１の膜２ａに用いる活物質としては、例
えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、Ｖ
２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳ
ｅ３、Ｃｒ２Ｏ５、Ｃｒ３Ｏ８、ＬｉＡｌＣｌ４・３Ｓ
Ｏ２などの無機正極活物質や、ポリアニリン、ポリチオ
フェン、ポリピオール、ポリアズレンなどの有機正極活
物質があり、これらを単体または複数種類で用いる。
えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、Ｖ
２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳ
ｅ３、Ｃｒ２Ｏ５、Ｃｒ３Ｏ８、ＬｉＡｌＣｌ４・３Ｓ
Ｏ２などの無機正極活物質や、ポリアニリン、ポリチオ
フェン、ポリピオール、ポリアズレンなどの有機正極活
物質があり、これらを単体または複数種類で用いる。
【００１３】また、第１の膜２ａに用いられる導電材に
は、黒鉛、アセチレンブラック、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、ポリピオール、ポリアズレンなどがあり、結
着剤には、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロ
ン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピオール、ポ
リアズレンなどがあり、それぞれ、単体または複数種類
で用いる。
は、黒鉛、アセチレンブラック、ポリアニリン、ポリチ
オフェン、ポリピオール、ポリアズレンなどがあり、結
着剤には、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロ
ン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピオール、ポ
リアズレンなどがあり、それぞれ、単体または複数種類
で用いる。
【００１４】また、第２の膜２ｂは、第１の膜２ａと同
様に活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適当な比率で均
一に混合し、サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲
においてほぼ均一な厚さに形成され、ある程度物理強度
を有し、自身の形状を保持する膜であり、表面に微細な
凹凸を有する。第２の膜２ｂに用いられる活物質、導電
材、結着剤は先に述べた第１の膜２ａと同様の材料で構
成される。集電体１及び活物質層２は、以上のように形
成され、電池の正極を構成する。
様に活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適当な比率で均
一に混合し、サブミクロンから数百ミクロン程度の範囲
においてほぼ均一な厚さに形成され、ある程度物理強度
を有し、自身の形状を保持する膜であり、表面に微細な
凹凸を有する。第２の膜２ｂに用いられる活物質、導電
材、結着剤は先に述べた第１の膜２ａと同様の材料で構
成される。集電体１及び活物質層２は、以上のように形
成され、電池の正極を構成する。
【００１５】また、図１において、３は負極の集電体で
あり、集電体１と同様に電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、銅箔などで形成される。また、４は負極の
活物質層であり、活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適
当な比率で均一に混合し、集電体３上に均一の厚さに形
成されたものであり、用いる活物質としては、例えば、
リチウム、リチウム−アルミ合金、グラファイト（天然
黒鉛、人造黒鉛）、コークス、熱分解カーボン、炭素繊
維、カーボンブラック、ポリマー焼成体、メソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）などがあり、これらを単体
または複数種類で用いられる。
あり、集電体１と同様に電気抵抗が小さく、電気化学的
に安定し、活物質層との接着性が良い材料、例えば、ス
テンレス箔、銅箔などで形成される。また、４は負極の
活物質層であり、活物質、導電材、結着剤をそれぞれ適
当な比率で均一に混合し、集電体３上に均一の厚さに形
成されたものであり、用いる活物質としては、例えば、
リチウム、リチウム−アルミ合金、グラファイト（天然
黒鉛、人造黒鉛）、コークス、熱分解カーボン、炭素繊
維、カーボンブラック、ポリマー焼成体、メソカーボン
マイクロビーズ（ＭＣＭＢ）などがあり、これらを単体
または複数種類で用いられる。
【００１６】また、活物質層４に用いられる導電材に
は、黒鉛、アセチレンブラックなどがあり、結着剤に
は、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロンなど
があり、それぞれ、単体または複数種類で用いられる。
集電体３及び活物質層４は、以上のように形成され、電
池の負極を構成する。
は、黒鉛、アセチレンブラックなどがあり、結着剤に
は、ポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）、テフロンなど
があり、それぞれ、単体または複数種類で用いられる。
集電体３及び活物質層４は、以上のように形成され、電
池の負極を構成する。
【００１７】また、以上述べた正極及び負極は、絶縁材
料からなるセパレータ５を挟むことによって直接接触す
ることなく配置され、例えば、ガスケット６などの密封
手段により密封し、密封された内部には電解液７を充填
して、電池を形成する。
料からなるセパレータ５を挟むことによって直接接触す
ることなく配置され、例えば、ガスケット６などの密封
手段により密封し、密封された内部には電解液７を充填
して、電池を形成する。
【００１８】セパレータ５は、電気絶縁性が大きいこと
に加え、電解質イオンを通す多孔質であり、電解液７に
対して安定である材料で形成され、例えば、ガラス不織
布、ポリプロピレン不織布、ポリプロピレン多孔質フィ
ルム、ポリエチレン、多孔質フィルムなどで構成され
る。したがって、微細な凹凸面を有する第１の膜２ａと
第２の膜２ｂの隙間、及び複数の第２の膜２ｂの隙間は
電解液７が充填し、セパレータ５は、電解液７中に含浸
された状態となる。
に加え、電解質イオンを通す多孔質であり、電解液７に
対して安定である材料で形成され、例えば、ガラス不織
布、ポリプロピレン不織布、ポリプロピレン多孔質フィ
ルム、ポリエチレン、多孔質フィルムなどで構成され
る。したがって、微細な凹凸面を有する第１の膜２ａと
第２の膜２ｂの隙間、及び複数の第２の膜２ｂの隙間は
電解液７が充填し、セパレータ５は、電解液７中に含浸
された状態となる。
【００１９】電解液７は、電解質塩からなる溶質が溶媒
中に所定量溶解したものであり、正負のイオンが電離し
た状態で存在している。電解液に用いる溶質には、例え
ばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ
６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２など
があり、溶媒には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ガ
ンマブチロラクトン（γＢＬ）、１、２−ジメトキシエ
タン（ＤＭＥ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メ
チルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネ
ート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジ
メチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン（Ｓ
Ｌ）、Ｍ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセ
トニトリル（ＡＣＮ）、ニトロメタン（ＮＭ）、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）、１、３−ジオキソラン（Ｄｉ
ｏｘ）、２−メトキシテトラヒドロフラン（２Ｍｅ−Ｔ
ＨＦ）、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、プロピオン酸エ
チル（ＥＰ）、ジメトキシプロパンなどがある。なおこ
れらの溶媒は、適宜複数種類混合して用いてもよい。
中に所定量溶解したものであり、正負のイオンが電離し
た状態で存在している。電解液に用いる溶質には、例え
ばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ
６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２など
があり、溶媒には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ガ
ンマブチロラクトン（γＢＬ）、１、２−ジメトキシエ
タン（ＤＭＥ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メ
チルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネ
ート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジ
メチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホラン（Ｓ
Ｌ）、Ｍ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、アセ
トニトリル（ＡＣＮ）、ニトロメタン（ＮＭ）、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）、１、３−ジオキソラン（Ｄｉ
ｏｘ）、２−メトキシテトラヒドロフラン（２Ｍｅ−Ｔ
ＨＦ）、ジエチルエーテル（ＤＥＥ）、プロピオン酸エ
チル（ＥＰ）、ジメトキシプロパンなどがある。なおこ
れらの溶媒は、適宜複数種類混合して用いてもよい。
【００２０】本発明の一実施形態における２次電池は、
このように構成され、電解液中のイオンが、正極の活物
質層２及び負極の活物質層４との活量差による拡散作用
によりそれぞれ対応する活物質層との界面に移動し、各
活物質層に接続された正負の電極に電位が発生する。
このように構成され、電解液中のイオンが、正極の活物
質層２及び負極の活物質層４との活量差による拡散作用
によりそれぞれ対応する活物質層との界面に移動し、各
活物質層に接続された正負の電極に電位が発生する。
【００２１】また、この２次電池を用いて両電極間を充
放電する場合は、両極の活物質層２、４がそれぞれ有す
る活物質と、電解液７界面でのイオンのインターカレー
ト・脱インターカレート（あるいはドープ・脱ドープ）
が行われて正負の電荷を対応する電極に順次供給するよ
うに動作するが、この場合、電解液７と接する活物質層
２は、微細な凹凸を形成する第１の膜２ａの一方の表面
及び、同じく微細な凹凸を形成する第２の膜２ｂの両面
が全て電解液７と接するので、活物質層２とイオンのイ
ンターカレート・脱インターカレート（あるいはドープ
・脱ドープ）する電解液７界面の面積を大きくすること
ができ、したがって、電池のコンダクタンスが大きな値
となるので電池容量を大きくすることができ、しかも充
放電効率が良くなる。
放電する場合は、両極の活物質層２、４がそれぞれ有す
る活物質と、電解液７界面でのイオンのインターカレー
ト・脱インターカレート（あるいはドープ・脱ドープ）
が行われて正負の電荷を対応する電極に順次供給するよ
うに動作するが、この場合、電解液７と接する活物質層
２は、微細な凹凸を形成する第１の膜２ａの一方の表面
及び、同じく微細な凹凸を形成する第２の膜２ｂの両面
が全て電解液７と接するので、活物質層２とイオンのイ
ンターカレート・脱インターカレート（あるいはドープ
・脱ドープ）する電解液７界面の面積を大きくすること
ができ、したがって、電池のコンダクタンスが大きな値
となるので電池容量を大きくすることができ、しかも充
放電効率が良くなる。
【００２２】図２は、図１の２次電池の正極の第２の膜
２ｂの積層数を変化させて、正極の活物質層の総重量を
変化させた場合の−２０℃における対室温放電容量特性
（室温での放電容量を１００％とした場合の、−２０℃
における放電容量の割合をパーセンテージで示し、劣化
の度合いを示す特性）を、従来の単層型の２次電池と比
較して示したものであり、第１の膜２ａ及び第２の膜２
ｂには、ポリアニリンを使用し、負極にはリチウム（Ｌ
ｉ）を使用し、セパレータ５にはガラスフィルタを使用
して、正極と負極とでセパレータを挟持して、第１の膜
２ａ及び第２の膜２ｂを互いに積層保持する構造とし
た。
２ｂの積層数を変化させて、正極の活物質層の総重量を
変化させた場合の−２０℃における対室温放電容量特性
（室温での放電容量を１００％とした場合の、−２０℃
における放電容量の割合をパーセンテージで示し、劣化
の度合いを示す特性）を、従来の単層型の２次電池と比
較して示したものであり、第１の膜２ａ及び第２の膜２
ｂには、ポリアニリンを使用し、負極にはリチウム（Ｌ
ｉ）を使用し、セパレータ５にはガラスフィルタを使用
して、正極と負極とでセパレータを挟持して、第１の膜
２ａ及び第２の膜２ｂを互いに積層保持する構造とし
た。
【００２３】また、電解液７には、エチレンカーボネー
ト（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン（γＢＬ）と１、２
−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）をそれぞれ容積比が３対
４対３の比率となるように混合した溶媒に、溶質ホウフ
ッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）を１．０（ｍｏｌ／ｌ）に
なるように溶解させたものを使用し、テフロン製のパッ
ケージ内に充填し、第１の膜２ａ、第２の膜２ｂ、セパ
レータ５にそれぞれ含浸させた。なお、比較する従来の
２次電池の各部構成に用いた材料は、上記材料と同等の
ものを用い、正極の活物質層の形状のみ異なる構成とし
た。
ト（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン（γＢＬ）と１、２
−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）をそれぞれ容積比が３対
４対３の比率となるように混合した溶媒に、溶質ホウフ
ッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）を１．０（ｍｏｌ／ｌ）に
なるように溶解させたものを使用し、テフロン製のパッ
ケージ内に充填し、第１の膜２ａ、第２の膜２ｂ、セパ
レータ５にそれぞれ含浸させた。なお、比較する従来の
２次電池の各部構成に用いた材料は、上記材料と同等の
ものを用い、正極の活物質層の形状のみ異なる構成とし
た。
【００２４】このようにして構成される２次電池を３．
９〜２．８Ｖの電圧範囲で０．２ｃで、充電時間６時間
（定電流定電圧充電）、充電休止１時間、放電休止１０
分間の条件で、充放電を行う。また、−２０℃での放電
は、満充電で恒温槽に２次電池を投入し温度平衡に達し
てから放電を行い、図２の特性が得られた。
９〜２．８Ｖの電圧範囲で０．２ｃで、充電時間６時間
（定電流定電圧充電）、充電休止１時間、放電休止１０
分間の条件で、充放電を行う。また、−２０℃での放電
は、満充電で恒温槽に２次電池を投入し温度平衡に達し
てから放電を行い、図２の特性が得られた。
【００２５】同図からわかるように、正極の活物質層を
単層構造で用いた従来の２次電池では、正極の活物質層
を厚くして重量を増すと、急激に対室温放電容量が劣化
するが、正極の活物質層を薄膜で形成し、薄膜を５層、
９層と積層することにより正極の活物質層の重量を次第
に増やした場合は、対室温放電容量の劣化は非常に少な
い。
単層構造で用いた従来の２次電池では、正極の活物質層
を厚くして重量を増すと、急激に対室温放電容量が劣化
するが、正極の活物質層を薄膜で形成し、薄膜を５層、
９層と積層することにより正極の活物質層の重量を次第
に増やした場合は、対室温放電容量の劣化は非常に少な
い。
【００２６】なお、上述した本発明の一実施形態におけ
る２次電池では、正極に用いる活物質層を、正極の集電
体上に形成した第１の膜２ａと１または複数からなる第
２の膜２ｂで構成し、正極の集電体とセパレータで挟持
して、正極の活物質層が複数層に積層される構造とした
が、負極の活物質層を複数の薄膜で積層する構成として
も良く、その場合は、本発明で用いた正極の活物質層と
同様に、負極の集電体上に密着して形成される活物質の
薄膜と、１または複数からなる第２の膜で構成し、共に
負極の集電体とセパレータで挟持するようにして負極の
活物質層が複数層に積層される２次電池構造を有しても
よく、さらに、両極の活物質層を複層構造にしても良
い。
る２次電池では、正極に用いる活物質層を、正極の集電
体上に形成した第１の膜２ａと１または複数からなる第
２の膜２ｂで構成し、正極の集電体とセパレータで挟持
して、正極の活物質層が複数層に積層される構造とした
が、負極の活物質層を複数の薄膜で積層する構成として
も良く、その場合は、本発明で用いた正極の活物質層と
同様に、負極の集電体上に密着して形成される活物質の
薄膜と、１または複数からなる第２の膜で構成し、共に
負極の集電体とセパレータで挟持するようにして負極の
活物質層が複数層に積層される２次電池構造を有しても
よく、さらに、両極の活物質層を複層構造にしても良
い。
【００２７】また、上述した本発明の一実施形態におけ
る２次電池では、正極及び負極でセパレータを挟持した
積層体を平面状に形成したが、これら積層体をさらに円
柱状に巻取って形成しても良い。
る２次電池では、正極及び負極でセパレータを挟持した
積層体を平面状に形成したが、これら積層体をさらに円
柱状に巻取って形成しても良い。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したため、正
極または負極の集電体上に、同一又は複数の活物質から
なる複数の薄膜を積層してそれぞれに対応する活物質層
を形成するようにしたので、電池形状を小型に保ちつ
つ、活物質層を形成する活物質と電解液界面が接する面
積を増やすことができ、充放電効率が低温でも低下しな
いので、高容量で安定した充放電を行うことができる。
極または負極の集電体上に、同一又は複数の活物質から
なる複数の薄膜を積層してそれぞれに対応する活物質層
を形成するようにしたので、電池形状を小型に保ちつ
つ、活物質層を形成する活物質と電解液界面が接する面
積を増やすことができ、充放電効率が低温でも低下しな
いので、高容量で安定した充放電を行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 文雄 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 集電体及び活物質層をそれぞれ有する正
極及び負極からなる電極が、電解液及びセパレータを介
して設けられた積層型電池において、 前記正極または前記負極が有する活物質層は、同一又は
複数の活物質からなる複数の薄膜を積層して形成され、
前記正極または前記負極が有する集電体上にそれぞれ形
成されることを特徴とする積層型電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8130788A JPH09293496A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 積層型電池 |
| US08/840,072 US6162560A (en) | 1996-04-26 | 1997-04-24 | Layer-built chemical cell device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8130788A JPH09293496A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 積層型電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293496A true JPH09293496A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=15042708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8130788A Pending JPH09293496A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 積層型電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6162560A (ja) |
| JP (1) | JPH09293496A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007122992A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池用負極およびリチウム二次電池の製造方法 |
| KR100756804B1 (ko) * | 2001-06-20 | 2007-09-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | 리튬 ２차 전지용 전극의 제조 방법 |
| JP2014107210A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Kyocera Corp | 二次電池 |
| WO2021079231A1 (ja) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 電極、二次電池および電子機器 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4693373B2 (ja) * | 2004-07-21 | 2011-06-01 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質電池 |
| JP2006032280A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質電池 |
| FR2873854A1 (fr) | 2004-07-30 | 2006-02-03 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'une electrode lithiee, electrode lithiee susceptible d'etre obtenue par ce procede et ses utilisations |
| JP2011159407A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Hitachi Ltd | リチウム二次電池 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169508A (en) * | 1988-03-04 | 1992-12-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Graphite electrode |
| US4960655A (en) * | 1989-01-27 | 1990-10-02 | Hope Henry F | Lightweight batteries |
| JP3262704B2 (ja) * | 1995-04-24 | 2002-03-04 | シャープ株式会社 | 非水系二次電池用炭素電極、その製造方法及びそれを用いた非水系二次電池 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8130788A patent/JPH09293496A/ja active Pending
-
1997
- 1997-04-24 US US08/840,072 patent/US6162560A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100756804B1 (ko) * | 2001-06-20 | 2007-09-07 | 산요덴키가부시키가이샤 | 리튬 ２차 전지용 전극의 제조 방법 |
| JP2007122992A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リチウム二次電池用負極およびリチウム二次電池の製造方法 |
| JP2014107210A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Kyocera Corp | 二次電池 |
| WO2021079231A1 (ja) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 電極、二次電池および電子機器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6162560A (en) | 2000-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031216 |