JPH0955227A - コイン型リチウム二次電池 - Google Patents

コイン型リチウム二次電池

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JPH0955227A
JPH0955227A JP7225724A JP22572495A JPH0955227A JP H0955227 A JPH0955227 A JP H0955227A JP 7225724 A JP7225724 A JP 7225724A JP 22572495 A JP22572495 A JP 22572495A JP H0955227 A JPH0955227 A JP H0955227A
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JP
Japan
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secondary battery
negative electrode
positive electrode
coin
lithium secondary
Prior art date
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Pending
Application number
JP7225724A
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English (en)
Inventor
Kazunobu Matsumoto
和伸 松本
Akira Kato
昭 加藤
Akira Kawakami
章 川上
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Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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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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    • 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
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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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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コイン型で、小型化される各種機器の電源と
しての電池として多くの電気容量を蓄えることのできる
二次電池において、形状の薄型化にともなう電池特有の
欠陥の発生を防止する。 【構成】 所定厚み所定硬度所定高さ所定直径の円筒状
のステンレス鋼製の正極缶と、正極集電体と、所定厚み
所定硬度の負極缶と負極集電体と、この負極缶の内面に
溶接された負極集電体と、環状ガスケットとを有し、環
状ガスケットをかぶせた負極缶に負極と負極集電体を収
容し、セパレータをのせて有機電解液を所定量注入し
て、さらに正極をおき、これに正極集電体をとりつけた
正極缶を合体させて、プレス金型で封口する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるコイン型のリ
チウム二次電池で、多くの電気容量を蓄えることのでき
る電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各種機器の電源としての電池とし
ては、機器の小型化に伴い、その形状は薄型化の傾向に
ある一方で、各種の機器の実用性を確保するには、一定
以上の電気容量が望まれる。この点で、電池容量の大き
なリチウム二次電池が注目されている。
【0003】ところで、電気容量は電池の体積に依存す
るから、限られた厚みで一定の体積を確保するには、電
池の形態としては、扁平なもので、缶底としてはいきお
い大きい面積にならざるを得ない。
【0004】またリチウム二次電池においても、更なる
電気容量の増大のため、負極の材料が開発されてきてお
り、充放電により電気化学的にリチウムイオンを出し入
れできる材料として例えば黒鉛が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、この黒鉛の
ように格子間にリチウムを挿入できる炭素材料は、必然
的に充放電にともなう体積の変動が大きいという特性を
有しており、このことによって、例えば缶底面積が7c
2以上(以下これをX1と略称する)となると、この
平面部分の平坦性が保たれず外缶が変形する。また場合
によっては変形のみならず内部の活物質合剤との接触も
充分でなくなり、その後の充放電がおこないにくくな
る。
【0006】特に、11cm2(以下これをX2と略称
する)以上となると、この傾向がはなはだしくなり、さ
らに、18cm2(以下これをX3と略称する)以上と
なると、この現象が無視できなくなりこのままでは重大
な欠陥となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らはこ
の問題を解決すべく、種々検討したところ、電池の外缶
の形状を工夫することによって、上記の問題を可及的に
防止することができることを見出した。
【0008】即ち、セパレ−タを介して対向したリチウ
ム化合物を含む正極と格子間にリチウムを挿入できる炭
素材料を含む負極と有機電解液とを、正極缶と負極缶と
で構成された空間に収容し、正極缶と負極缶の間にガス
ケットを配して封口してなるコイン型リチウム二次電池
において、缶のへこみ度(−△d)/缶底面積(S)を
従来の如く0.0016/cm(これを以下ではY0値
という)等の小さな値ではなく、むしろ0.0025/
cm(これを以下ではY1値という)以上にすることに
より、上記の問題を完全に防止できるという驚くべき事
実を見出すに至ったのである。また、このY1値につい
ては、さらに範囲を減縮し、0.004/cm(これを
以下ではY2値という)以上にすれば、より好ましく、
0.007/cm(これを以下ではY3値という)以上
にすれば、さらに好ましく上記の問題を完全に防止でき
るという驚くべき事実を見出すに至ったのである。
【0009】本発明におけるコイン型電池としては、上
記の値を満足するように、材料、製造、組立てを適宜調
整すればよい。一般的に、リチウムニッケル酸化物など
を正極活物質として用い、これに電子伝導助剤としてり
ん状黒鉛を0ないし20重量%、結着剤としてポリテト
ラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデン(以下PV
DFと略す)を2ないし10重量%混合して正極合剤を
調製すればよい。この正極合剤を金型内に充填し、通常
0.5〜2t/cm2の圧力で円板状に加圧成形すれば
よい。また負極も、黒鉛を用い、これに結着剤としてP
VDFを重量比で95〜50%の割合で混合して負極合
剤を調製し金型内に充填し、0.5〜2t/cm2の圧
力で円板状に加圧成形し、450℃以下で熱処理して負
極とすればよい。
【0010】この負極の黒鉛は、格子間にリチウムを挿
入できる炭素材料であるから、充放電により電気化学的
にリチウムイオンを出し入れできることとなる。
【0011】セパレータには、微孔性ポリプロピレンフ
ィルムや微孔性ポリエチレンフィルム、およびポリプロ
ピレン不織布などの電解液吸収体から構成すればよい。
【0012】正極缶の形状は用途に応じて決定すればよ
いが、円筒状のものが一般的である。好ましい材質とし
ては、ステンレス鋼があげられる。また、正極集電体に
はステンレス鋼製網、アルミニューム製やチタン製の網
が正極缶との馴染みもよい。負極缶もまた、ステンレス
鋼製、ニッケル製や銅製の網が望ましく、表面にニッケ
ルメッキを施しておくことが好ましい。
【0013】負極集電体もステンレス鋼製網としておい
て負極缶の内面に溶接しておくと信頼性に優れた導電が
可能である。このようにすれば、負極は、このステンレ
ス鋼製網からなる負極集電体にうまく圧着される。
【0014】環状ガスケットの材質は、ポリプロピレン
が好ましい。
【0015】この電池の組立ては、環状ガスケットをか
ぶせた負極缶に負極と負極集電体を収容し、セパレータ
をのせて有機電解液を所定量注入して、さらに正極をお
き、これに正極集電体をとりつけた正極缶を合体させ
て、プレス金型で封口すれば容易にできる。電解液二
は、特にエチレンカーボネートとメチルエチルカ−ボネ
−トとを体積比3:1〜1:3の範囲の混合溶媒にLi
PF6等を溶解して調製すればよい。
【0016】なお、ここでいうコイン型とは、平面部分
の形状が円形のものだけに限らず、矩形状のものであっ
てもよく、扁平な正極缶と扁平な負極缶の間にガスケッ
トを配して封口したもの全般を指す。
【0017】
【実施例】次に本発明を実例に沿って具体的に説明す
る。但し、本発明はそれらの実施例に限定されるもので
はない。
【0018】実施例1〜5、比較例1〜3、参考例1〜
2 次の手順によって、10種類のコイン型電池を各々10
00個作製した。但し、コイン型電池の形状の環境を表
1に示すように各々変更した以外は、全て同一の手順で
作製した。酸化リチウム(Li2O)と酸化ニッケル(I
II)(Ni23)とを熱処理してリチウムニッケル酸化
物を合成した。上記の合成は以下のように行った。
【0019】酸化リチウムと酸化ニッケルとをLi/N
i=1/1.05(モル比)の割合になるように秤量し
た後、メノウ製の乳鉢で粉砕しつつ混合した。これを酸
素(O2)気流中において500℃で2時間予備加熱し
た後、昇温速度50℃/時以下で700℃まで昇温し、
700℃で20時間加熱して焼成した。
【0020】上記のように熱処理することによって合成
したリチウムニッケル酸化物を正極活物質として用い、
これに電子伝導助剤としてりん状黒鉛、結着剤としてポ
リテトラフルオロエチレンを80:15:5(重量比)
の割合で混合して正極合剤を調製した。この正極合剤を
金型内に充填し、1t/cm2でコイン型電池の所定直
径の70%の直径の円板状に加圧成形したのち、250
℃で熱処理して正極とした。この正極を用い、図1に示
す構造のコイン型リチウム二次電池を作製した。
【0021】図1において、1は上記の正極であり、2
はコイン型電池の所定直径の80%の直径の円板状に加
圧成形した円板状の負極である。この負極には、黒鉛を
用い、これに結着剤としてPVDFを90:10(重量
比)の割合で混合して負極合剤を調製した。混合は、P
VDFを予めNMP(N−メチルピロリドン)に溶解し
て混合し、その後150℃でNMPを蒸発させ合剤とし
た。この負極合剤を金型内に充填し、1t/cm2でコ
イン型電池の所定直径の80%の直径の円板状に加圧成
形したのち、250℃で熱処理して負極とした。
【0022】また微孔性ポリプロピレンフィルム3およ
びポリプロピレン不織布からなる電解液吸収体4からな
る所定厚みのセパレータとした。
【0023】5は所定厚みで所定硬度に調整された所定
高さ、所定直径の円筒状のステンレス鋼製の正極缶であ
り、6はステンレス鋼製網からなる正極集電体で、7は
所定厚みで所定硬度に調整されたステンレス鋼製で表面
にニッケルメッキを施した負極缶である。
【0024】8はステンレス鋼製網からなる負極集電体
であり、上記負極缶7の内面にスポット溶接されてい
て、前記の負極2は、このステンレス鋼製網からなる負
極集電体8に圧着されている。9はポリプロピレン製の
環状ガスケットである。10は缶底を示す。
【0025】環状ガスケットをかぶせた負極缶に負極と
負極集電体を収容し、セパレータをのせてエチレンカー
ボネートとメチルエチルカ−ボネ−トとの体積比1:1
の混合溶媒にLiPF6を1.0mol/l溶解した有
機電解液を所定量注入して、さらに正極をおき、これに
正極集電体をとりつけた正極缶を合体させて、プレス金
型で封口した。
【0026】このようにして作製したコイン型電池の形
状による環境の違いを確かめるため、Y値が所定範囲外
で特に工夫しなかったコイン型電池と、Y値をと所定範
囲内の状態になるように工夫をこらしたコイン型電池と
を各々製造し、X値がそれぞれX0、X1、X2、X3
と異なる条件の下で、本件発明の効果を確認した。電池
の条件及び効果につき表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】なお、この表で、効果の数値は、4.1〜
2.5V間で100回充放電したときの外観変形の程度
(1000個の内の30%以上の変形が認められた電池
の個数)を示す。また明確化のため、総合評価として不
良品の出現が9個以内のものを○、10個から19個ま
でのものを×、20個から49個までのものを××、5
0個以上を×××と表現した。
【0029】
【発明の効果】この表から明らかなように、形状の環境
としてのXの値がX0である参考例1では本件で議論し
た問題は生じないし、これに本件発明における工夫とし
てY値を所定範囲内になるようにしても、参考例2に示
すように特に効果の面で改善は見られない。ところが、
形状の環境としてのXの値がX1以上になると比較例1
〜3に示すように問題が顕著に現れてくる。この場合
に、Y値が所定範囲内になるように本件発明における工
夫を施したものは、例えばY=Y1とした実施例1〜3
に示すように、形状の環境としてのXの値がX1以上と
りわけX3以上となっても、上述した問題の発生が見ら
れない。さらに、Y=Y2とした実施例4、Y=Y3と
した実施例5では、X値がX3と極度に厳しい環境下で
も、優れた効果を示すことがわかる。このように、本発
明によれば、形状の環境としてのXの値がX1以上とな
る場合に見られる特有の問題を、Y値を所定の範囲に抑
えることによって解決することができる。
【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一例を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ(微孔性ポリプロピレンフィルム) 4 セパレ−タ(電解液吸収体) 5 正極缶 6 正極集電体 7 負極缶 8 負極集電体 9 環状ガスケット 10 缶底

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレ−タを介して対向したリチウム化
    合物を含む正極と格子間にリチウムを挿入できる炭素材
    料を含む負極と有機電解液とを、正極缶と負極缶とで構
    成された空間に収容し、正極缶と負極缶の間にガスケッ
    トを配して封口してなり、缶底面積が7cm2以上であ
    るコイン型二次電池において、缶のへこみ度(−△d)
    /缶底面積(S)を0.0025/cm以上に設定した
    ことを特徴とするコイン型リチウム二次電池。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のコイン型リチウム二次電
    池において、缶のへこみ度(−△d)/缶底面積(S)
    を0.004/cm以上に設定したことを特徴とするコ
    イン型リチウム二次電池。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のコイン型リチウム二次電
    池において、缶のへこみ度(−△d)/缶底面積(S)
    を0.007/cm以上に設定したことを特徴とするコ
    イン型リチウム二次電池。
  4. 【請求項4】 セパレ−タを介して対向したリチウム化
    合物を含む正極と格子間にリチウムを挿入できる炭素材
    料を含む負極と有機電解液とを、正極缶と負極缶とで構
    成された空間に収容し、正極缶と負極缶の間にガスケッ
    トを配して封口してなり、缶底面積が11cm2以上で
    あるコイン型リチウム二次電池において、缶のへこみ度
    (−△d)/缶底面積(S)を0.0025/cm以上
    に設定したことを特徴とするコイン型リチウム二次電
    池。
  5. 【請求項5】 セパレ−タを介して対向したリチウム化
    合物を含む正極と格子間にリチウムを挿入できる炭素材
    料を含む負極と有機電解液とを、正極缶と負極缶とで構
    成された空間に収容し、正極缶と負極缶の間にガスケッ
    トを配して封口してなり、缶底面積が18cm2以上で
    あるコイン型リチウム二次電池において、缶のへこみ度
    (−△d)/缶底面積(S)を0.0025/cm以上
    に設定したことを特徴とするコイン型リチウム二次電
    池。
  6. 【請求項6】 請求項4記載のコイン型リチウム二次電
    池において、缶のへこみ度(−△d)/缶底面積(S)
    を0.004/cm以上に設定したことを特徴とするコ
    イン型リチウム二次電池。
  7. 【請求項7】 請求項5記載のコイン型リチウム二次電
    池において、缶のへこみ度(−△d)/缶底面積(S)
    を0.007/cm以上に設定したことを特徴とするコ
    イン型リチウム二次電池。
JP7225724A 1995-08-09 1995-08-09 コイン型リチウム二次電池 Pending JPH0955227A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000035033A1 (en) * 1998-12-10 2000-06-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Flat battery and production method thereof
JP2008234905A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Hitachi Maxell Ltd 扁平形電池

Cited By (3)

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