JPH10189037A - 非水系電解液二次電池 - Google Patents

非水系電解液二次電池

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JPH10189037A
JPH10189037A JP8354613A JP35461396A JPH10189037A JP H10189037 A JPH10189037 A JP H10189037A JP 8354613 A JP8354613 A JP 8354613A JP 35461396 A JP35461396 A JP 35461396A JP H10189037 A JPH10189037 A JP H10189037A
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JP
Japan
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positive electrode
lithium
metal
current collector
electrode current
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Withdrawn
Application number
JP8354613A
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English (en)
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Masataka Yamashita
正隆 山下
Tomoko Okuda
倫子 奥田
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐過放電特性を有し、かつ安全性及び作業性
を改善向上させた非水系電解液二次電池を得る。 【解決手段】 アルミニウムもしくはアルミニウム合金
を正極集電体とする非水系電解液二次電池において、正
極集電体金属とは組成が異なる金属で挟持したリチウム
金属、リチウム合金類、該リチウム合金類の混合物およ
び該リチウム合金類の酸化物からなる群から選ばれた少
なくとも一種を、正極集電体の活物質未塗布部分、正極
リードを兼ねるアルミニウムもしくはアルミニウム合金
製の電池容器の内面、又は正極リードを兼ねるアルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金製のハウメチック端子に
担持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムもし
くはアルミニウム合金を正極集電体とする非水系電解液
二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ノートパソコンや携帯電話、VT
Rのような携帯用電子機器の小型・軽量、高性能化はさ
らに進行すると予想され、その電源として、大きなウエ
イトを占める電池は、さらに高エネルギー密度化が望ま
れており、この観点から注目を集めているのがリチウム
イオン二次電池である。これまでに、リチウムイオン二
次電池における、リチウムイオンを負極に取り込む手段
として、種々のものが提案されている。その中の1つ
に、正極に遷移金属のリチウム含有複合酸化物を、負極
活物質に炭素材をそれぞれ用いた非水系電解液二次電池
において、正極に予め貼付した金属リチウム箔を電気化
学的に炭素材中に拡散させ、放電可能なリチウムを負極
の炭素材中に保持させたものが開発されている(特開平
5ー144471号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の非水系電解
液二次電池は、過放電後においても再充電すれば容量が
回復する、いわゆる耐過放電特性に優れたものである
が、まだいくつかの課題が残されている。その1つとし
て、この従来の非水系電解液二次電池にあっては、正極
の活物質ペーストに金属リチウム箔を貼付した場合は、
活物質表面と金属リチウム箔表面との間に段差が生じ、
それがセパレータを傷めるため、内部短絡や発火の原因
となるなど、安全性に問題があるとされていた。また、
この従来の非水系電解液二次電池にあっては、正極板と
負極板とをセパレータを介して渦巻き状に巻く場合は、
正極板の活物質表面に金属リチウム箔があるために、そ
の分、巻きにくくなるなど、作業性に問題があるとされ
ていた。
【0004】そこで、本発明においては、従来の非水系
電解液二次電池の有する耐過放電特性の利点を持ち、か
つ安全性及び作業性を改善・向上させた非水系電解液二
次電池を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
もしくはアルミニウム合金を正極集電体とする非水系電
解液二次電池において、正極集電体金属とは組成が異な
る金属で挟持したリチウム金属、リチウム合金類、該リ
チウム合金類の混合物および該リチウム合金類の酸化物
からなる群から選ばれた少なくとも1種(以下、「リチ
ウム金属類」という。)を、(1)正極集電体の活物質
未塗布部分に担持すること、(2)正極リードを兼ねる
アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の電池容器の
内面に担持すること、または(3)正極リードを兼ねる
アルミニウムもしくはアルミニウム合金製のハウメチッ
ク端子に担持することにより前記課題を解決したもので
ある。
【0006】前記リチウム金属類を、正極集電体金属と
は組成が異なる金属で挟持するのは、電池内でリチウム
金属類と正極集電体を構成するアルミニウムもしくはア
ルミニウム合金が接触すると正極集電体を構成するアル
ミニウムもしくはアルミニウム合金がボロボロになるか
らである。したがって、正極集電体金属とは組成が異な
る金属としては、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金に対して不活性であり、しかも電池性能に悪影響を及
ぼさない金属なら、どのような金属でも使用でき、また
その形態も、リチウム金属類を挟むことができる形態
(例えば、箔、薄板、メッシュ、これらのU字形態な
ど)なら、どのような形態でも使用できるが、チタン
箔、チタン合金箔もしくはステンレススチール箔または
チタンメッシュ、チタン合金メッシュもしくはステンレ
ススチールメッシュが特に好ましい。前記チタン合金と
しては、Al5%、Sn2.5%のTi合金、Al4
%、Mn4%のTi合金、Al3%、V13%、Cr1
1%のTi合金などが、また、ステンレススチールとし
ては、Moを含んだ鋼種などが特に好ましい。
【0007】
【作用】本発明の非水系電解液二次電池においては、充
電により、まず正極の活物質(例えば、リチウム含有複
合金属酸化物)からリチウムイオンが脱ドープされ、そ
れが負極に移動する。そして電気化学的に負極材料にド
ープされ、放電可能なリチウムとして保持される。充電
後、正極側に担持されたリチウム金属類は、正極活物質
との間で局部電池を構成し、その担持されたリチウム
は、リチウムイオンとなって溶解し、そのリチウムイオ
ンは、拡散して正極活物質にドープされる。
【0008】負極材料に保持されたリチウムが過放電時
に放電されることにより、負極の電位が上昇することは
ない。このため、負極材料の性質及び構造は変化しない
から、リチウムイオンを出し入れする可逆性は失われな
い。したがって、本発明の非水系電解液二次電池は、耐
過放電特性を十分維持できる。
【0009】さらに、本発明の非水系電解液二次電池に
おいては、正極集電体金属とは組成が異なる金属で挟持
したリチウム金属類を用いることとしたから、正極集電
体の活物質未塗布部分、電池容器の内面及びハウメチッ
ク端子のいずれにも、このリチウム金属類挟持体を担持
できるようになり、しかも該挟持体の担持箇所や電池製
造工程中における担持時期も、電池の形、大きさなどに
応じて適宜選択使用できるようになる。また、従来技術
のように正極活物質の表面にリチウム箔を貼付する必要
がなくなるので、セパレータを傷めることはなく、しか
も渦巻状に巻きやすくなる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の非水系電解液二次電池の
正極活物質としては、LiCoO2、LiNiO2、Li
Mn24等のリチウム含有複合金属酸化物、LiTi2
2等のLi含有複合硫化物等を用いる。特に、リチウ
ムイオンを脱ドープし、かつドープし得る正極活物質
で、一般式LiMNO2(Mは、遷移金属の少なくとも
1種を表し、Nは、非遷移金属の少なくとも1種を表
す。Mは、特に限定されないが、Co、Ni、Fe、M
n、V、Mo等が挙げられ、同じくNも特に限定されな
いが、Al、In、Snが挙げられる。)で示されるリ
チウム含有複合金属酸化物が好ましい。その具体例とし
ては、Liイオンを含有した放電状態での化学式で示す
と、リチウムコバルト酸化物、例えばLixCoyz2
(Nは、Al、In、Snの中から選ばれた少なくとも
1種の金属、0<x≦2、0.5<y≦1、z≦0.
1)、LixCoO2(0<x≦2)、LixCoyNiz
2(0<x≦2、y+z=1) リチウムニッケル酸化物、例えば、LixNiO2(0<
x≦2) リチウムマンガン酸化物、例えばLixMnO2、Lix
Mn24(0<x≦2)、LiXYMn2-Y4(0<x≦
2、0<y≦0.5、Mは、Co、Ni、Fe、Cr、
Al、Sn、Siからなる群から選ばれた少なくとも1
種) リチウムクロム酸化物、例えばLixCr38(0<x≦
2)、LiCrO2 リチウムバナジウム酸化物、例えば、Lix25(0
<x≦2)、Lix613(0<x≦2)、Li1+x3
8(0<x≦2) リチウムモリブデン酸化物、例えば、LixMoO2(0
<x≦2) リチウムモリブデン二硫化物、例えばLixMoS2(0
<x≦2) リチウムチタン酸化物、例えば、LixTi24(0<x
≦2) リチウムチタン硫化物、例えば、LixTi24(0<x
≦2) リチウム鉄酸化物、例えば、LixFeO2(0<x≦
2)、LixFeyz2(Nは、Co、Ni、Ti、M
nの中から選ばれた少なくとも1種、0<x≦2、0.8
≦y≦0.99、0.01≦z≦0.2)等が挙げられる。
そして、特に好ましくはリチウムコバルト酸化物、リチ
ウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウ
ム鉄酸化物である。本発明の非水系電解液二次電池の負
極活物質としては、炭素質材料、ポリアセン、ポリーP
ーフェニレン等の導電性高分子材料、LiFe22、L
iWO2等のLi含有金属複合酸化物、Li7MnN4、L
3FeN2、Li3AlN2等のLi含有複合窒化物及び
AlSb、Mg2Ge、Mg2Sn等の金属間化合物のいずれ
か1種が用いられる。特に、リチウムイオンをドープ
し、かつ脱ドープし得る負極活物質で、グラファイト、
熱分解炭素、ピッチコークス、ニードルコークス、石油
コークス、有機高分子の焼成体(フェノール樹脂、フラ
ン樹脂、ポリアクリロニトリル等の焼成体)等の炭素質
材料が好ましい。本発明の非水系電解液二次電池に用い
られる電解液の電解質としては、LiClO4、LiAs
6、LiPF6、LiBF4、CH3S03Li、CF3SO3
Li、(CF3SO22NLi等のリチウム塩のいずれ
か1種又は2種以上を混合したものを使用する。本発明
の非水系電解液二次電池に用いられる電解液の溶媒とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メ
チルエチルカーボネート、1,2ージメトキシエタン、
1,2ージエトキシエタン、γーブチロラクトン、テト
ラヒドロフラン、2ーメチルテトラヒドロフラン、1,3
ージオキソラン、スルホラン、メチルスルホラン、アセ
トニトリル、プロピオニトリル、ギ酸メチル、ギ酸エチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル等のいずれか1種又は2種
以上を混合したものを使用する。本発明の非水系電解液
二次電池におけるリチウム金属類挟持体の担持手段とし
ては、リチウム金属類を挟持した正極集電体金属とは組
成が異なる金属を、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金で構成された正極集電体、電池容器の内面、及びハ
ウメチック端子にずれないように固定できるものなら、
どのような担持手段でも使用できるが、スポット溶接、
抵抗溶接、圧接、超音波溶接、レーザー溶接、かしめな
どが特に好ましい。本発明の非水系電解液二次電池にお
けるリチウム金属類の形態としては、リチウム金属類
は、比較的柔らかい性質を有するので、挟持体で挟んで
プレス成形すれば、サンドイッチ状に薄く挟み込むこと
ができるから、正極集電体金属とは組成が異なる金属の
間に挟まる形態なら、どのような形態でも使用できる
が、箔、条、ワイヤー、ペレットなどの形態が特に好ま
しい。本発明の非水系電解液二次電池におけるリチウム
金属類としては、リチウム金属を用いるのが好ましい
が、LixSi、LixSn、LixPb、LixAl、Li
xGe、LixSb、LixAlMn、LixAlSn、Li
xAlIn、又はLixAlCd(0<x≦5)のリチウム
合金類、該リチウム合金類の混合物、該リチウム合金類
の酸化物、例えば、Lixyz(Mは、Si、Ge、S
n、Pb、Sb又はInを示し、x=0.1〜8、y=1〜7、z
=1〜20を示す。)も用いることができる。本発明の
非水系電解液二次電池におけるリチウム金属類を正極集
電体とは組成が異なる金属に挟む挟持手段としては、挟
まれたリチウム金属類を脱落させないようにする挟持手
段であれば、どのような挟持手段でも使用できるが、リ
チウム金属類挟持体の端部あるいは中央部を部分的にス
ポット溶接、抵抗溶接、圧接、超音波溶接、レーザー溶
接、かしめなどの手段で固定するのが好ましい。本発明
の非水系電解液二次電池に用いられるリチウム金属類挟
持体の形状・サイズは、電池の形状、該挟持体の担持箇
所によってその形状・サイズが変わるので電池の形状、
該挟持体の担持箇所に応じてあらかじめ決定すればよ
く、一般には数mm〜数cm角又はφ程度の形状・サイズに
なる。例えば、φ17mm×67mmのアルミニウム外装缶の
円筒形電池の缶底部にリチウム金属類挟持体を担持する
場合には、該挟持体の形状・サイズは、アルミニウム外
装缶の内径より小さいφ10〜15mm程度の円形もしく
はドーナッツ状の形状となり、缶底側は数10μmのチ
タン箔、電池コイル側は、チタンメッシュのようなもの
になる。この間に挟まれたリチウム金属類は、外部には
み出さないように圧接されている。更に、該挟持体に挟
まれたリチウム金属類が誤って電極コイルを構成する正
極集電体と接触するのを防ぐために、缶底側に担持され
た挟持体と、電極コイルとの間に絶縁性の材料(PP、PE
等のポリオレフィン樹脂、芳香族アラミド、セルロース
等の有機絶縁体、ガラス繊維等の無機絶縁体)の不織
布、紙、フィルム等を配置する。本発明の非水系電解液
二次電池に用いる電池容器及び蓋の材料としては、電池
容器及び蓋が負極リードを兼ねる場合には、ステンレス
スチール、ニッケルメッキ鉄などが特に好ましい。ま
た、電池容器及び蓋が正極リードを兼ねる場合には、ア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金が好ましい。本発
明の非水系電解液二次電池の蓋に正極キャップ(図3の
16参照)を設ける場合には、その材料としては、モリ
ブデン鋼が好ましい。また蓋に正極ピン(図6及び図7
の27参照)を設ける場合には、その材料としては、ア
ルミニウム、チタン、ステンレススチールが好ましい。
また更に蓋に負極ピン(図5の22参照)を設ける場合
には、その材料としては、ニッケルメッキ鉄、ニッケル
メッキ銅、ステンレススチール、ニッケルが好ましい。
本発明の非水系電解液二次電池の蓋に設けた正極キャッ
プ又は正極ピンと電極コイルの正極とを接続する正極集
電タブの材料としては、チタンが好ましい。また蓋に設
けた負極ピンと電極コイルの負極とを接続する負極集電
タブの材料としては、ニッケル、銅が好ましい。本発明
の非水系電解液二次電池の内部に担持するリチウムの容
量(mAh/m2)は、正極と負極の電極の活物質の塗布量
とその塗布量の振れ幅によって変わるが、次のようにし
て求めた。参照極として金属リチウムを用いて正極、負
極の初充電効率を求めた結果、正極の初充電効率はE
P%、負極の初充電効率はEn%であったとする。そし
て、EP>Enのとき、リチウム金属類挟持体を非水系電解
液二次電池の内部に担持する。このとき、リチウム金属
類挟持体を電池内部に担持しないときの正極活物質塗布
量QP(g/m2)に対してリチウム金属類挟持体を電池内
部に担持したときの負極活物質塗布量Qn’(g/m2)は、 Qnmin+Qnmin・(EP-En+a)≦Qn'≦Qnmax+Qnmax・(EP-
En+a) (式中、Qnminは、リチウム金属類挟持体を電池内部に
担持しないときの許容最小負極活物質塗布量(g/m2
を、Qnmaxは、リチウム金属類挟持体を電池内部に担持
しないときの許容最大負極活物質塗布量(g/m2)を示
し、aは、オフセット率で、0〜30%、好ましくは0
〜10%である。)の範囲内となり、そして、リチウム
担持容量CLi(mAh/m2)は、次に示す式により求めら
れる。 CLi=Qnmin・Dn・(EPーEn+a) (式中、Qnmin、EP、En及びaは、前記定義と同じであ
り、Dnは、リチウム金属類挟持体を電池内部に担持しな
いときの負極の充電重量エネルギー密度(mAh/g)を示
し、これは、参照極として金属リチウムを用いて求めた
値である。) なお、前記式中のオフセット率aは、電池容量を最大に
するという意味では、0%が好ましいが、現実にはリチ
ウム金属類の添加量等の精度を考慮して、0〜30%の
範囲に規定した。30%を越えると、余分な負極を電池
内に持ち込むことになるので、電池容量が小さくなり、
好ましくない。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に示す
が、本発明はこれに限定されるものではない。 比較例(リチウム金属挟持体を電池内部に担持しない非
水系電解液二次電池) (1)正極の作成方法 Li1.03Co0.92Sn0.022の組成を有するLi、C
o複合酸化物をボールミルで平均粒径3μmに粉砕した
後、この粉末100重量部とグラファイト2.5重量
部、アセチレンブラック2.5重量部を混合した後、ポ
リフッ化ビニリデン2重量部を酢酸エチル/エチルセロ
ソルブの1:1(重量比)混合溶剤60重量部に溶解さ
せた液を混合し、スラリー状塗工液を得た。そして、こ
の塗工液を幅600mm、厚さ0.0190mmのAl箔の
片面に、ドクターブレードコーターヘッドを有する塗工
機を用いて272g/m2(乾燥時)の塗布量で塗布し、
その塗工厚を0.104mmとする。この塗工品をカレン
ダーロールにてプレス後、スリッターを用い38.75
mm幅にスリットし、非水系電解液二次電池の正極とす
る。 (2)負極の作成方法 市販の石油系ニードルコークス(興亜石油社製、KOA-
SJ Coke)をボールミルで平均粒径10μmに粉砕
した。このニードルコークスのBET表面積、真密度、X
線回折より得られる面間隔d002、Lc(002)は、そ
れぞれ、11m2/g、2.13g/cm3、3.44、52であっ
た。この粉末100重量部とポリフッ化ビニリデン5重
量部を、酢酸エチル/エチルセロソルブの1:1(重量
比)混合溶剤90重量部に溶解させた液を混合し、スラ
リー状塗工液を得た。そして、この塗工液を幅600m
m、厚さ0.0120mmのCu箔の片面に、ドクターブレ
ードコーターヘッドを有する塗工機を用いて130g/m
2(乾燥時)の塗布量(この塗布量は、135g/m2の許
容最大負極活物質塗布量と125g/m2の許容最小負極
活物質塗布量の平均値である。)で塗布し、その塗工厚
を0.133mmとする。この塗工品をカレンダーロール
にてプレス後、スリッターを用い40.25mm幅にスリ
ットし、非水系電解液二次電池の負極とする。該負極の
充電重量エネルギー密度は、272mAh/g(対極:リ
チウム)であった。 (3)リチウム金属挟持体を電池内部に担持しない非水
系電解液二次電池の作成方法 厚さ0.025mmのセパレータ(ポリエチレン製の微多
孔膜)を介して上記正極と負極の活物質塗布面を対向さ
せ、捲回機を用いて電極有効面積300cm2のコイルに
捲回する。この電極コイルを8.6mm(厚さ)×34mm
(幅)×48mm(高さ)のサイズの角形の電池容器に入
れ、プロピレンカーボネート/エチレンカーボネート/
γーブチロラクトンの1:1:2(重量比)の混合溶剤
にLiBF4を1M濃度に溶かしたものを電解液として含
浸した後封口し、電池容量845mAhの非水系電解液二
次電池を作成した。 (4)評価試験 この作成した非水系電解液二次電池の特性は、以下の試
験方法で評価した。まず、25℃で1.0mA/cm2の電
流密度で4.2Vの定電圧充電、1.0mA/cm2の電流密
度で2.7Vカットオフ放電を行った。このとき参照極
としてリチウム金属を用いて測定した正極、負極の電位
の変化を図8に示した。そして、再び1.0mA/cm2
電流密度で4.2Vの定電圧充電、1.0mA/cm2の電流
密度で2.7Vカットオフ放電を19回繰り返した。この
間のサイクル性及び正極基準の充放電効率を測定した結
果をそれぞれ図10及び図11に示した。 実施例1 図1、図2、図3及び図4を参照しながら説明する。 (1)リチウム金属挟持体を担持した正極の作成方法 図1にリチウム金属挟持体を担持した状態の正極の斜視
図を示す。図1において、リチウム金属挟持体4を担持
させるための正極1は、Li1.03Co0.92Sn 0.022
の組成を有するLi、Co複合酸化物をボールミルで平
均粒径3μmに粉砕した後、この粉末100重量部とグラ
ファイト2.5重量部、アセチレンブラック2.5重量
部を混合した後、ポリフッ化ビニリデン2重量部を酢酸
エチル/エチルセロソルブの1:1(重量比)混合溶剤
60重量部に溶解させた液を混合し、スラリー状塗工液
を得、この塗工液を幅600mm、厚さ0.0190mmの
Al箔の片面に、ドクターブレードコーターヘッドを有
する塗工機を用いて238g/m2(乾燥時)の塗布量で
塗布し(この塗布量は、電極コイルにするときの正極と
負極の有効面積をそろえるために、前記比較例の正極塗
布量より少なくした。)、その塗工厚を0.093mmと
する。この塗工品をカレンダーロールにてプレス後、ス
リッターを用い38.75mm幅にスリットして正極1と
したものである。更に、該正極1の終端部の正極活物質
を除去し、正極集電体Al箔2を露出させた。なお3
は、正極活物質を示す。一方、厚さ20μmのチタン箔
5、5の間に厚さ0.2mmのリチウム箔6を0.058
g(オフセット率aを6%として算出した。)挟持し、該
挟持体を凸部を有するプレス型で圧接してリチウム金属
挟持体4を得た。そして、該リチウム金属挟持体4のチ
タン箔5と前記露出させた正極集電体Al箔2とを接続
部7でスポット溶接により接続してリチウム金属挟持体
4を負極と対向しないように担持した正極1を得た。該
正極1の初充電効率Epは、95.0%(対極:リチウ
ム)であった。図2は、図1のリチウム金属挟持体4を
X・X線により見た一部拡大断面図であって、リチウム
金属挟持体4が凸部を有するプレス型で圧接された状態
を示す。 (2)負極の作成方法 図4に図3の電極コイル11をY・Y線により見た一部
拡大縦断面図を示す。図4において、負極8は、次のよ
うにして作成した。市販の石油系ニードルコークス(興
亜石油社製、KOA-SJ Coke)をボールミルで平均
粒径10μmに粉砕した。このニードルコークスのBET
表面積、真密度、X線回折より得られる面間隔d002、L
c(002)は、それぞれ、11m2/g、2.13g/cm3
3.44、52であった。この粉末100重量部とポリフ
ッ化ビニリデン5重量部を、酢酸エチル/エチルセロソ
ルブの1:1(重量比)混合溶剤90重量部に溶解させ
た液を混合し、スラリー状塗工液を得た。そして、この
塗工液を幅600mm、厚さ0.0120mmのCu箔の片
面に、ドクターブレードコーターヘッドを有する塗工機
を用いて137g/m2(乾燥時)の塗布量(この塗布量
は、142g/m2の許容最大負極活物質塗布量と132g
/m2の許容最小負極活物質塗布量の平均値である。)で
塗布し、その塗工厚を0.146mmとする。この塗工品
をカレンダーロールにてプレス後、スリッターを用い4
0.25mm幅にスリットし、本発明の非水系電解液二次
電池の負極8を得た。該負極8の初充電効率Enは、7
9.2%(対極:リチウム)であった。なお図4におけ
る10は、セパレータを示す。 (3)本発明の非水系電解液二次電池の作成方法 図3に本発明の非水系電解液二次電池の分解斜視図を示
し、図4に図3の電極コイル11をY・Y線により見た
一部拡大縦断面図を示す。図3及び図4において、電極
コイル11は、厚さ0.025mmのセパレータ(ポリエ
チレン製の微多孔膜)10を介して上記正極1と負極8
の活物質塗布面を対向させ、捲回機を用いて電極有効面
積301cm2のコイルに捲回したものである。この電極
コイル11を8.6mm(厚さ)×34mm(幅)×48mm(高
さ)のサイズの角形のステンレススチール製の電池容器
12に入れ、プロピレンカーボネート/エチレンカーボ
ネート/γーブチロラクトンの1:1:2(重量比)の
混合溶剤にLiBF4を1M濃度に溶かしたものを電解液
として含浸した後、電極コイル11の正極1から取り出
したチタン製の正極集電タブ14を、ステンレススチー
ル製の蓋15に設けたモリブデン鋼製の円筒形の正極キ
ャップ16に接続し、更に蓋15端部と電池容器12上
端部とをレーザー溶接により封口し、電池容量880m
Ahの非水系電解液二次電池を作成した。なお図3にお
ける13は、絶縁テープを示し、17は、ガラスシール
を示す。 (4)評価試験 この作成した非水系電解液二次電池の特性は、以下の試
験方法で評価した。まず、25℃で1.0mA/cm2の電
流密度で定電圧充電を行った。このとき参照極としてリ
チウム金属を用いて正極電位が比較例における充電終了
時の正極の電位( 4.2V、図8参照)と同じになる
ようにした。次いで、25℃で21日間保存した。この
間正極の電位変化は測定しなかったが、21日後チタン
箔に挟持されたリチウム金属はなくなっており、正極の
電位は4.05 V まで低下していた。その後、4.2
Vの定電圧で追充電を行った。放電は、1.0mA/cm2
の電流密度で2.7Vカットオフ放電を行った。この初
回の充電及び追充電更に放電の過程を示す正極、負極の
電位の変化を、リチウム金属を参照極として測定した結
果を図9に示した。そして再び、1.0mA/cm2の電流
密度で4.2Vの定電圧充電、1.0mA/cm2の電流密度
で2.7Vカットオフ放電を19回繰り返した。この間の
サイクル性及び正極基準の充放電効率を測定した結果を
それぞれ図10及び図11に示した。図9によれば、こ
の作成した非水系電解液二次電池は、耐過放電特性を有
することがわかった。また、図10によれば、該電池
は、容量維持率において、比較例の電池より優れている
ことがわかった。更に、図11によれば、該電池は、比
較例の電池と同様な充放電効率を有することがわかっ
た。 実施例2 図5を参照しながら説明する。図5に本発明のリチウム
金属挟持体を正極リードを兼ねるアルミニウム外装缶の
底部に担持した円筒形の非水系電解液二次電池の縦断面
図を示す。 (1)正極及び負極並びに電極コイルの作成方法 図5において、電極コイル18を構成する正極は、実施
例1の正極の作成方法と同じ方法で作成するが、リチウ
ム金属挟持体は担持させなかった。また電極コイル18
を構成する負極は、実施例1の負極の作成方法と同じ方
法で作成した。電極コイル18は、厚さ0・025mmの
セパレータ(ポリエチレン製の微多孔膜)を介して前記
正極と負極の活物質塗布面を対向させ、捲回機を用いて
電極有効面積301cm2のコイルに捲回したものであ
る。 (2)本発明のリチウム金属挟持体を正極リードを兼ね
るアルミニウム外装缶の底部に担持した円筒形の非水系
電解液二次電池の作成方法 図5において、φ17mm×67mmの正極リードを兼ねるア
ルミニウム製の円筒形の外装缶19は、その底部の周縁
において、厚さ20μmのチタン箔5、5の間に厚さ
0.2mmのリチウム箔6を0.058g(オフセット率a
を6%として算出した。)挟持し、該挟持体を凸部を有
するプレス型で圧接して得た円形のリチウム金属挟持体
をスポット溶接により接続してリチウム金属挟持体を担
持し、かつ該挟持体の上に絶縁シート(ポリプロピレン
製の不織布)20を配置した。この外装缶19に前記電
極コイル18を入れ、プロピレンカーボネート/エチレ
ンカーボネート/γーブチロラクトンの1:1:2(重
量比)の混合溶剤にLiBF4を1M濃度に溶かしたもの
を電解液として含浸した後、電極コイル18の負極から
取り出したニッケル製の負極集電タブ21を、電極コイ
ル18とアルミニウム製の蓋23間のスペーサを兼ねた
パッキン24を介して蓋23に設けたニッケルメッキ鉄
製の負極ピン22に接続し、更に蓋23の周端部と外装
缶19の上部周端部とをレーザー溶接により封口して、
リチウム金属挟持体を正極リードを兼ねるアルミニウム
外装缶の底部に担持した電池容量880mAhの円筒形の
非水系電解液二次電池を作成した。得られた電池の評価
試験を実施例1の評価試験と同じように行ったが、その
結果は、実施例1と同じであった。 実施例3 図6を参照しながら説明する。図6に本発明のリチウム
金属挟持体をアルミニウム製の正極ピンに担持した円筒
形の非水系電解液二次電池の要部縦断面図を示す。図6
において、ステンレススチール製の蓋26にパッキン3
0を介してアルミニウム製の正極ピン27(ハウメチッ
ク端子)を設け、該正極ピン27の蓋26の下側に設け
た貫通孔にあらかじめ厚さ20μmのチタン箔28をル
ープ状にして通し、かしめておく。そして、電池を組み
立てる段階で、蓋26の正極ピン27にかしめられてい
るループ状のチタン箔28に、アルゴン雰囲気中で0.
058g (オフセット率aを6%として算出した。)の
リチウム金属ペレット29を挟み込み、圧接する。更
に、φ17mm×67mmの負極リードを兼ねるステンレスス
チール製の円筒形の外装缶25に実施例2と同じ電極コ
イル18を入れ、次いで実施例2と同じ電解液を含浸し
た後、電極コイル18の正極から取り出したチタン製の
正極集電タブ31を、前記蓋26に設けた正極ピン27
に接続して、蓋26の周端部と外装缶25の上部周端部
とをレーザー溶接により封口して、リチウム金属挟持体
をアルミニウム製の正極ピンに担持した電池容量880
mAhの円筒形の非水系電解液二次電池を作成した。なお
図6における32は、スペーサを示す。得られた電池の
評価試験を実施例1の評価試験と同じように行ったが、
その結果は、実施例1と同じであった。 実施例4 図7を参照しながら説明する。図7に本発明のリチウム
金属挟持体をアルミニウム製の正極ピンに担持した円筒
形の非水系電解液二次電池の変形例の要部縦断面図を示
す。図7において、ステンレススチール製の蓋26に実
施例2と同じ電極コイル18と蓋26間のスペーサを兼
ねたパッキン24を介して設けたアルミニウム製の正極
ピン27(ハウメチック端子)の電極コイル18側の底
部に、あらかじめジグザグ形のループ状に構成した厚さ
100μmのチタン製の正極集電タブ33の一端を接続
しておく。そして、電池を組み立てる段階で、蓋26の
正極ピン27に接続されているジグザグ形のループ状の
チタン製の正極集電タブ33のループ内に、アルゴン雰
囲気中で0.058g(オフセット率aを6%として算出
した。)のリチウム金属ペレット29を挟み込み、圧接
する。更に、φ17mm×67mmの負極リードを兼ねるステ
ンレススチール製の円筒形の外装缶25に実施例2と同
じ電極コイル18を入れ、次いで実施例2と同じ電解液
を含浸した後、前記チタン製の正極集電タブ33の他端
と前記電極コイル18の正極とを接続して、蓋26の周
端部と外装缶25の上部周端部とをレーザー溶接により
封口して、リチウム金属挟持体をアルミニウム製の正極
ピンに担持した電池容量880mAhの円筒形の非水系電
解液二次電池の変形例を作成した。なお図7における3
4は、絶縁テープを示し、35は、ポリプロピレン製の
不織布からなる絶縁シートを示す。得られた電池の評価
試験を実施例1の評価試験と同じように行ったが、その
結果は、実施例1と同じであった。
【0012】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。 (1)本発明の非水系電解液二次電池は、負極における
リチウムイオンを出し入れする可逆性を失わないから、
耐過放電特性を十分維持できる。 (2)本発明の非水系電解液二次電池においては、正極
集電体金属とは組成が異なる金属で挟持したリチウム金
属類を用いることとしたから、正極集電体の活物質未塗
布部分、電池容器の内面、及びハウメチック端子のいず
れにも、このリチウム金属類挟持体を担持できるように
なり、しかも該挟持体の担持箇所や電池製造工程中にお
ける担持時期も、電池の形、大きさなどに応じて適宜選
択使用できるようになる。 (3)本発明の非水系電解液二次電池においては、従来
技術のように正極活物質の表面にリチウム箔を貼付する
必要がなくなったから、セパレータを傷めることはな
く、しかも渦巻状に巻きやすくなる。 (4)本発明における正極集電体金属とは組成が異なる
金属として、チタン箔、チタン合金箔又はステンレスス
チール箔を用いた場合には、リチウム金属類を圧接、ス
ポット溶接、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接、か
しめ等により簡単に挟持できるという利点がある。ま
た、チタンメッシュ、チタン合金メッシュ又はステンレ
ススチールメッシュを用いた場合には、溶解したリチウ
ムイオンを速やかに電解液中に拡散できるという利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】リチウム金属挟持体を担持した状態の正極を示
す斜視図である。
【図2】図1のリチウム金属挟持体をX・X線により見
た一部拡大断面図である。
【図3】リチウム金属挟持体を担持した正極を用いた非
水系電解液二次電池の分解斜視図である。
【図4】図3のY・Y線により見た一部拡大縦断面図で
ある。
【図5】リチウム金属挟持体を正極リードを兼ねるアル
ミニウム外装缶の底部に担持した円筒形の非水系電解液
二次電池の縦断面図である。
【図6】リチウム金属挟持体をアルミニウム製の正極ピ
ン(ハウメチック端子)に担持した円筒形の非水系電解
液二次電池の要部縦断面図である。
【図7】リチウム金属挟持体をアルミニウム製の正極ピ
ン(ハウメチック端子)に担持した円筒形の非水系電解
液二次電池の変形例の要部縦断面図である。
【図8】比較例の非水系電解液二次電池の初回充放電時
の正極及び負極の電位の変化を示す図である。
【図9】本発明の非水系電解液二次電池の初回充放電時
の正極及び負極の電位の変化を示す図である。
【図10】本発明と比較例のサイクル性の比較を示す図
である。
【図11】本発明と比較例の正極基準の充放電効率の比
較を示す図である。
【符号の説明】
1 正極 2 正極集電体Al箔 3 正極活物質 4 リチウム金属挟持体 5 チタン箔 6 リチウム箔 7 接続部 8 負極 10 セパレータ 11、18 電極コイル 12 電池容器 14、31 正極集電タブ 15、26 ステンレススチール製の蓋 16 正極キャップ 19 アルミニウム製の円筒形の外装缶 21 負極集電タブ 22 負極ピン 23 アルミニウム製の蓋 25 ステンレススチール製の円筒形の外装缶 27 正極ピン 28 ループ状のチタン箔 29 リチウム金属ペレット 33 ジグザグ形のループ状の正極集電タブ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウムもしくはアルミニウム合金を
    正極集電体とする非水系電解液二次電池において、正極
    集電体金属とは組成が異なる金属で挟持したリチウム金
    属、リチウム合金類、該リチウム合金類の混合物及び該
    リチウム合金類の酸化物からなる群から選ばれた少なく
    とも1種を、正極集電体の活物質未塗布部分に担持する
    ことを特徴とする電池。
  2. 【請求項2】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タン箔、チタン合金箔又はステンレススチール箔である
    請求項1記載の電池。
  3. 【請求項3】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タンメッシュ、チタン合金メッシュ又はステンレススチ
    ールメッシュである請求項1記載の電池。
  4. 【請求項4】アルミニウムもしくはアルミニウム合金を
    正極集電体とする非水系電解液二次電池において、正極
    集電体金属とは組成が異なる金属で挟持したリチウム金
    属、リチウム合金類、該リチウム合金類の混合物及び該
    リチウム合金類の酸化物からなる群から選ばれた少なく
    とも1種を、正極リードを兼ねるアルミニウムもしくは
    アルミニウム合金製の電池容器の内面に担持することを
    特徴とする電池。
  5. 【請求項5】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タン箔、チタン合金箔又はステンレススチール箔である
    請求項4記載の電池。
  6. 【請求項6】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タンメッシュ、チタン合金メッシュ又はステンレススチ
    ールメッシュである請求項4記載の電池。
  7. 【請求項7】アルミニウムもしくはアルミニウム合金を
    正極集電体とする非水系電解液二次電池において、正極
    集電体金属とは組成が異なる金属で挟持したリチウム金
    属、リチウム合金類、該リチウム合金類の混合物及び該
    リチウム合金類の酸化物からなる群から選ばれた少なく
    とも1種を、正極リードを兼ねるアルミニウムもしくは
    アルミニウム合金製のハウメチック端子に担持すること
    を特徴とする電池。
  8. 【請求項8】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タン箔、チタン合金箔又はステンレススチール箔である
    請求項7記載の電池。
  9. 【請求項9】正極集電体金属とは組成が異なる金属がチ
    タンメッシュ、チタン合金メッシュ又はステンレススチ
    ールメッシュである請求項7記載の電池。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100395781B1 (ko) * 2000-11-20 2003-08-25 한국타이어 주식회사 납축전지용 복합극판 및 이로부터 제조된 납축전지
CN102441731A (zh) * 2011-11-14 2012-05-09 江苏大学 一种提高铝合金点焊电极寿命的方法
JP2020098683A (ja) * 2018-12-17 2020-06-25 トヨタ自動車株式会社 正極集電箔
JP2021520614A (ja) * 2018-09-07 2021-08-19 エルジー・ケム・リミテッド 二次電池用正極、その製造方法、及びそれを含むリチウム二次電池

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