JPH1012278A

JPH1012278A - 有機電解質二次電池

Info

Publication number: JPH1012278A
Application number: JP8161381A
Authority: JP
Inventors: Norio Mamada; 紀雄間々田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷特性とサイクル特性に優れ、且つ、生産
性の向上が図れる扁平形非水電解質二次電池を提供す
る。【解決手段】正極７および負極５がセパレータ６を介
して積層された電極体１４を有する有機電解質二次電池
において、前記積層された電極体１４を、断面形状がコ
の字状であって向かい合う２つの面の内側にそれぞれ複
数の突起９を有する押さえ部材８に収納して積層電極体
１５を構成し、更に、この積層電極体１５をケース１０
に挿入して扁平形の非水電解質二次電池を形成する。【効果】電池作製時に電極の積層ずれが生じなく、ま
た、積層電極に十分圧力を加えることができるので、電
池の内部インピーダンスを下げて充放電能の高い二次電
池、生産性の高い二次電池を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機電解質二次電池
に関し、更に詳しくは積層構造を有する電極群の収納の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラ等、携帯用電子機器
の普及に伴い、繰り返し使用できる二次電池の需要が高
まってきている。現在使用されている二次電池の多く
は、アルカリ電解液を用いたニッケルカドミウム電池で
ある。しかしながら、ニッケルカドミウム電池の電圧は
約１．２Ｖであるため、電池のエネルギー密度を向上さ
せることが困難であり、また、常温での自己放電率が一
ヵ月で２０％以上と大きなことも欠点であった。

【０００３】そこで、電解液に非水溶媒を使用し、負極
にリチウム等の軽金属を使用して電圧を３Ｖ以上と高く
し、従って高エネルギー密度を有し、しかも、自己放電
率が低い非水電解質二次電池の検討がなされてきた。し
かし、このような二次電池では、負極に使用する金属リ
チウム等が充放電の繰り返しによりデンドライト状に成
長して正極と接し、その結果、電池内部において短絡が
生じて電池寿命を短くするという問題点があった。

【０００４】また、この対策として、リチウム等を他の
金属と合金化し、この合金を負極に使用する非水電解質
二次電池の検討も行われてきた。しかしこの場合も、充
放電を繰り返すことによって、この合金が微細粒子とな
り、電池寿命を短くするという問題があり、いずれも実
用化を困難にしていた。

【０００５】一方、近年ではリチウムのドープ且つ脱ド
ープが可能な炭素材料を負極とし、リチウムコバルト酸
化物、リチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物
を正極としたリチウムイオン電池の開発研究が行われて
きている。これらの電池は、正負極の容量、電極構造を
最適化することにより、リチウム金属を用いた電池系で
みられる、リチウムデンドライトの形成はなく、またサ
イクル特性に優れ、更に低温特性、負荷特性、或いは急
速充電特性にも優れたものであり、ビデオカメラ等携帯
用電子機器の電源として実用化されてきている。

【０００６】リチウムイオン電池の電池形態としては渦
巻き状に巻いた電極を円筒状ケースに挿入した筒形電池
と、短冊状積層電極を角形ケースに挿入した扁平形電池
がある。特に扁平形電池は近年の電子機器の薄型化に伴
い要求が高まっている。

【０００７】このリチウムイオン電池では電極間の密着
性が電池性能、例えば容量、負荷特性、サイクル特性に
大きく影響を及ぼすものであり、高い密着性が要求され
ている。また一方、ケースへの電極体の挿入を容易にす
るために、ケース内寸法と電極体に一定のクリアランス
をもたせる必要があり、これらは相反する要求であっ
た。

【０００８】即ち、クリアランスを大きくした場合、電
極の挿入は容易になるが電極の緩みによる電極間の密着
性が低下し、負荷特性およびサイクル特性を低下させ、
また、電池に入れる活物質の量が減り、電池容量の低下
にもつながることになる。一方、クリアランスを小さく
した場合、ケース内への電極の挿入が困難となり、この
挿入時に電極体エッジの損傷、折れ曲がり等が生じて生
産性を低下させ、また、電池内部でのショートが増加し
て信頼性を低下させる虞れがあった。更に、電極体挿入
時に積層ずれが生じた場合、電池の内部ショートおよび
リチウム析出の問題が生じる虞れがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、積層電極を有する扁平型有機電解質二次電池におい
て、ケースと電極体とのクリアランスを小さくし、しか
もケース内への電極体の挿入を容易にして、電池容量の
増大と生産性の向上を図り、更に、電極間の密着性を高
めて負荷特性とサイクル特性の向上を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
なされたものであり、正極および負極がセパレータを介
して積層された電極群を有する有機電解質二次電池にお
いて、前記積層された電極群を、断面形状がコの字状で
あって向かい合う２つの面の内側にそれぞれ複数の突起
を有する押さえ部材に収納して上記課題を解決する。

【００１１】本発明によると、積層の電極間密着性が向
上すると共に、電極体のケース内への挿入が容易にな
り、従って、負荷特性、サイクル特性の向上、および信
頼性と生産性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態例について図１
ないし図３を参照して説明する。図１は本発明の有機電
解質二次電池の構成を示す断面図であり、図２はこの有
機電解質二次電池に用いる押さえ部材を示し、同図
（ａ）はその斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の
Ａ−Ａ線上における断面図である。また、図３は本発明
と比較するために作成された従来構成の有機電解質二次
電池の断面図である。

【００１３】まず、負極活物質として炭素材料を用いる
が、リチウムをドープ且つ脱ドープできるものであれば
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、石油コークス等）、天然黒鉛類、人造
黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭
素繊維、活性炭等が使用可能である。好ましくは、（０
０２）面の面間隔が３．７０Å以上、真密度が１．７０
ｇ／ｃｍ³未満で、且つ、空気気流中における示差熱分
析で７００℃以上に発熱ピークを持たない炭素材料を用
いる。

【００１４】つぎに、正極活物質として、リチウム複合
酸化物ＬｉｘＭＯ₂（Ｍは一種以上の遷移金属）を用い
る。このリチウム複合酸化物は、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６００〜１
０００℃の温度範囲で焼成することにより得られる。
尚、出発原料は炭酸塩に限定することなく、酸化物、水
酸化物から合成してもよい。

【００１５】更に、電解液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、有機溶媒は特に限定されないが、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、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、
テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、メチルエチ
ルカーボネート等の単独、若しくは２種類以上の混合溶
媒が使用可能である。また、電解質としては、ＬｉＰＦ
₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆等が使用
可能である。

【００１６】実施例１まず、負極５の作製について説明する。出発物質に石油
ピッチを用い、これに酸素を含む官能基を１０〜２０％
導入（所謂、酸素架橋）した後、不活性ガス中において
１０００℃で焼成し、難黒鉛化炭素材料を得た。この炭
素材料粉末を９０重量％、結着剤としてポリフッ化ビニ
リデンを１０重量％の割合で混合し、この混合物をＮ−
メチル−２−ピロリドンに分散してスラリー状とし、こ
れを厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布し、乾燥、プレス
した後、所定寸法に切断して負極５を作製した。

【００１７】つぎに正極７の作製について説明する。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
て正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂を合成した。この正極
活物質の粉末を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を３重
量％の割合で混合し、この混合物をＮ−メチル−２−ピ
ロリドンに分散してスラリー状とし、これを厚さ２０μ
ｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥、プレスした
後、所定寸法に切断して正極７を作製した。

【００１８】負極５と正極７との間に厚さが２５μｍの
微多孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ６
を配置し、負極５を１７枚、正極７を１６枚積層した
（図１では模式的に負極が３枚、正極が２枚の構成とな
っている）。このように積層した電極体１４を厚さが
０．１ｍｍのコの字形の鋼板からなる押さえ部材８で挟
み、積層電極体１５を作成した。更に、各々の正極７の
アルミのリード４を束ね、サブリード３を溶接により取
り付けた後、この積層電極体１５をケース１０に挿入す
る。尚、押さえ部材８を含めた積層電極体１５の厚みと
ケース１０とのクリアランスは、片方で０．１５ｍｍと
した。

【００１９】押さえ部材８は図２（ａ）に示すように、
側板１６ａ、および側板１６ｂは所定の幅を有して対向
し、底部１７で接続している。従って図２（ｂ）に示す
ように、図２（ａ）のＡ−Ａ線上における断面は「コの
字状」となっている。側板１６ａと側板１６ｂが向かい
合った面には、それぞれ複数の突起９が設けられてい
て、この突起９は電極体１４が押さえ部材８に挿入され
たときに、電極間の密着圧を増大するように働き、本発
明の特徴となすものである。

【００２０】上述した工程、即ち、積層電極体１５をケ
ース１０に挿入した時点までの電池を１５０個作成し、
このうち１００個について、ケース１０から電極体１４
を取り出し、電極の傷、折れ、活物質の電極からの剥
離、落下等の観察を行った。

【００２１】また、残りの５０個について、電池の特性
を測定するために、つぎのようにして電池を完成させ
た。負極５からの銅のリード２を束ね、ケース１０と電
気的接続をとる。また、アルミのサブリード３を、予め
ケース蓋１１に取り付けられている正極端子１に接続
し、その後、ケース蓋１１をケース１０に装着してレー
ザ溶接によりケース１０と固着する。その後、プロピレ
ンカーボネートを５０体積％、ジエチルカーボネートを
５０体積％の割合で混合した溶媒にＬｉＰＦ₆を１モル
溶解させた電解液を注液口（図示せず）より注入し、そ
の後、注液口を鋼球で塞ぎ、厚みが８．３ｍｍ、幅が３
４ｍｍ、高さが４８ｍｍの電池を形成した。

【００２２】実施例２負極５および正極７の枚数をそれぞれ１枚ずつ減らした
こと以外は、実施例１と同様にして電池を作成した。積
層電極体１５を挿入するケース１０、および押さえ部材
８も実施例１と同一サイズである。

【００２３】比較例１図３に示すように、実施例１の押さえ部材８に替わって
厚さ０．１ｍｍの鋼板からなる押さえ板１１ａ、１１ｂ
で電極体１４を両側から挟み、その外周をテープ１２で
巻回して止め、ケース１０の底部に絶縁シート１３を挿
入した以外は実施例１と同様にして電池を作製した。積
層電極体１５を挿入するケース１０も同一サイズであ
る。

【００２４】比較例２押さえ部材８を用いなかった以外は実施例１と同様にし
て電池を作製した。

【００２５】比較例３負極５および正極７の枚数をそれぞれ１枚ずつ減らした
こと、および押さえ部材８を用いなかった以外は実施例
１と同様にして電池を作製した。

【００２６】上述した実施例１〜２、および比較例１〜
３のうち、積層電極体１５をケース１０に挿入した時点
までの電池の各々１００個について、ケース１０から再
度、電極体１４を取り出し、電極の傷、折れ、活物質の
電極からの剥離、落下等の観察を行った。その結果を表
１に示す。電極の傷、折れ、活物質の電極からの剥離、
落下等、何れかが認められたものについて不良と判定し
た。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１からも分かるように、実施例１および
実施例２については不良の発生は認められなかった。一
方、比較例１および比較例２には不良の発生が認めら
れ、また、比較例３においてはクリアランスが大きいた
め、不良の発生は認められなかった。

【００２９】つぎに、実施例１〜２、比較例１〜３の完
成した電池を各々５０個用い、２３℃の環境下において
充放電のサイクル試験を行った。実施例１および比較例
１〜２の電池は、充電電圧を４．２Ｖに設定し、７００
ｍＡの定電流で２時間３０分、充電を行い、放電は４０
０ｍＡの定電流で最終電圧２．７５Ｖまで行って、これ
を電池容量とした。また、実施例２および比較例３の電
池は、実施例１に比べて電極枚数が正極、負極とも１枚
少ないため、充電は６５０ｍＡで、また、放電は３７５
ｍＡで行った。

【００３０】上記充放電のサイクル試験の結果、１０サ
イクル目の放電容量に対する１００サイクル目の放電容
量を容量保持率（％）として表２に示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】電極枚数を１枚減らし、ケース１０と電極
体１４とのクリアランスを大きくした比較例３の電池で
は、上述したように挿入時の不良発生については改善さ
れるが、表２に示すように放電容量の低下が著しい。こ
れはケース１０と電極体１４とのクリアランスを大きく
したため、電極体１４の積層緩みに起因するものと考え
られる。

【００３３】また、実施例２は実施例１に比較して電極
枚数が少ないため容量は少ないものの、容量保持率は良
いことが認められた。これは押さえ部材８に設けられた
突起９が、ケース１０と電極体１４とのクリアランスが
大きい場合であっても、電極体１４の積層緩みの発生を
防止しているためである。

【００３４】従って、本発明によれば電池作製時に電極
の積層ずれの生じる虞れはなく、また、積層電極に十分
に圧力を加えることができるため、電池の内部インピー
ダンスを下げて充放電能の高い二次電池、生産性の高い
二次電池を形成することができる。尚、押さえ部材の断
面形状は「コの字状」に限ること無く、同様の効果を示
す他の形状であっても良い。

【００３５】

【発明の効果】正極の活物質としてＬｉｘＭＯ₂（Ｍは
一種以上の遷移金属）を用い、負極にドープ且つ脱ドー
プが可能な炭素材料を用いた、扁平形の有機電解質二次
電池において、従来では電極体を電池ケースに挿入する
場合、両者間のクリアランスが大きい場合は電極間の密
着性を損じ、一方、小さい場合は電極を損傷し、或いは
摩擦により積層ずれが生じる虞れがあった。しかしなが
ら、本発明の構成である「コの字状」の押さえ部材に電
極体を入れてから、電池ケースに挿入する構成を採るこ
とにより、ケース内への電極体の挿入を容易にし、挿入
時の電極体の損傷を防止し、また、積層電極体間の密着
性を増大して、負荷特性とサイクル特性の向上、および
信頼性と生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における有機電解質二次電池の構成を
示す断面図である。

【図２】本発明の有機電解質二次電池に用いる押さえ
部材を示し、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線上における断面図である。

【図３】本発明と比較するために作成された従来と同
一構成の有機電解質二次電池の断面図である。

【符号の説明】

１…正極端子、２，４…リード、３…サブリード、５…
負極、６…セパレータ、７…正極、８…押さえ部材、９
…突起、１０…ケース、１１ａ，１１ｂ…押さえ板、１
２…テープ、１３…絶縁シート、１４…電極体１５…積層電極体、１６ａ，１６ｂ…側板、１７…底部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極および負極がセパレータを介して積
層された電極群を有する有機電解質二次電池において、前記積層された電極群を、断面形状がコの字状であっ
て、向かい合う２つの面の内側にそれぞれ複数の突起を
有する押さえ部材に収納したことを特徴とする有機電解
質二次電池。