JPH10223207A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH10223207A
JPH10223207A JP9021401A JP2140197A JPH10223207A JP H10223207 A JPH10223207 A JP H10223207A JP 9021401 A JP9021401 A JP 9021401A JP 2140197 A JP2140197 A JP 2140197A JP H10223207 A JPH10223207 A JP H10223207A
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JP
Japan
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secondary battery
negative electrode
positive electrode
battery
active material
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Pending
Application number
JP9021401A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroki Sunaguchi
洋毅 砂口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • 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
    • 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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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば大容量タイプの非水電解液二次電池に
おける電流負荷特性を改善した非水電解液二次電池を提
供する。 【解決手段】 シート状を成して正極リード1aを備え
た正極1と、同じくシート状を成して負極リード2aを
備えた負極2とを、例えば厚さ25μm微多孔性ポリプ
ロピレンフィルム等のセパレータ3を介して巻き込んで
渦巻き状の積層電極体4を形成し、その積層電極体4を
インシュレータ5を介して電池缶6に内装した構造とな
っている。上記正極1または負極2の少なくとも一方の
電極には、Ar(アルゴン)エッチングなどによる凹凸
部Aが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば大容量非水
電解液二次電池の負荷特性改善に関し、更に詳しくは、
電極表面に凹凸部を形成して表面積を拡大することによ
り、電池の電流容量を拡大する非水電解液二次電池に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】二次電池は充電することにより反復使用
が可能であるため、ビデオカメラやポータブルコンピュ
ータ等の電子機器に広く用いられている。この二次電池
は、過充電されたり過大な電流で放電したりすると極端
な性能劣化を招く可能性がある。そこで、これらの小型
二次電池には、過充電・外部短絡などを防止するため、
充放電時に電池電圧値および電流値をモニターして制御
する制御回路が組み込まれている。
【0003】一方、これら二次電池の容量向上や特性改
善が一段と進み、電気自動車(EV)などの動力源とし
ても用いられるようになり、その他産業用二次電池とし
ても有望視されるようになってきた。これら市場におけ
る高エネルギー密度の要求を満たす二次電池として、最
近では非水溶媒系の二次電池が多く採用されている。
【0004】この非水溶媒系の二次電池は、従来のニッ
ケル−カドミウム電池(Ni−Cd電池)などの水溶液
系二次電池に比べると、高電圧・高容量・長寿命といっ
た優れた特徴を有している反面、電解液として非水溶媒
を用いているため、水溶液に比べてイオン易動度が低
く、過電流負荷での使用に難点を残すものであった。特
に5C(Current)を越える大電流使用時には上
述のような問題を残すものであった。以上のような問題
は、民生用小型電池においては機器自身の省力化の影響
により余り問題とならないが、産業用機器の動力源等と
して用いる大容量二次電池の場合には無視できない問題
と成り得るものであった。
【0005】かかる問題を解決するため、特に二次電池
の負荷特性を改善する方法として、低粘度溶媒系の採用
などと並んで、電極の薄型化が図られてきた。すなわ
ち、電極を薄くすることによって電池ケース内に収まる
電極長さが増加し、それに伴って電気化学的反応に預か
る表面積が増加するため、二次電池の負荷特性は改善さ
れる。しかしながら、この方法によると、電極長の増加
により電気化学的反応に寄与しない集電体などの占める
体積の割合も増加することになり、単位体積当たりの電
池容量が減少してしまうという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
に鑑みてなされたもので、その課題は、従来の大容量非
水電解液二次電池における負荷特性を改善するととも
に、負荷特性の改善対策における電極の薄型化に伴う単
位体積当たりの電池容量の減少を改善した非水電解液二
次電池を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明の非水電解液二次電池においては、正極集電
体の少なくとも一面に正極活物質を塗布した正極と、負
極集電体の少なくとも一面に負極活物質を塗布した負極
とをセパレータを介して積層して電池本体を形成する非
水電解液二次電池において、正極活物質および負極活物
質の少なくとも一方には、電流容量を拡大する凹凸部
が、Ar(アルゴン)などの不活性ガスイオンによるイ
オン衝撃等により形成されていることを特徴とする。こ
の凹凸部の作用により、電気化学的反応に預かる正極活
物質または負極活物質の表面積が増加して電池の電流容
量を拡大する。それに伴い二次電池の電流負荷特性を改
善することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照して詳細に説明する。
【0009】先ず、図1を参照して本発明の非水電解液
二次電池の内部構成を説明する。図1は本発明の非水電
解液二次電池における内部構成を示す斜視図である。な
お、図1における本発明に係わりのない部分の説明は省
略する。
【0010】図1に示されるような本発明の非水電解液
二次電池は、シート状を成して正極リード1aを備えた
正極1と、同じくシート状を成して負極リード2aを備
えた負極2とを、例えば厚さ25μm微多孔性ポリプロ
ピレンフィルム等のセパレータ3を介して巻き込んで渦
巻き状の積層電極体4を形成し、その積層電極体4をイ
ンシュレータ5を介して電池缶6に内装した構造となっ
ている。上記正極1または負極2の少なくとも一方の電
極には、本発明の特徴事項として、後述するAr(アル
ゴン)エッチングなどによる凹凸部Aが形成されてい
る。このような凹凸部Aが形成された正極1および負極
2を内装した電池缶6に、混合溶媒にLiPF6 を1モ
ル/lの割合で溶解した有機電解液などを注入して本発
明の非水電解液二次電池が構成される。
【0011】次に、図1および図2を参照して本発明の
非水電解液二次電池の内部構成を工程順に詳細に説明す
る。図2(a)、(b)は本発明の非水電解液二次電池
におけるアルゴンエッチング工程を示す拡大断面図であ
る。
【0012】先ず、炭酸リチウム0.5モルを炭酸コバ
ルト1モルと混合し、空気中900℃で5時間焼成して
LiCoO2 を得る。このLiCoO2 を正極活物質
(図2参照)とし、LiCoO2 91重量部、導電剤と
してグラファイトを6重量部、結着剤としてポリフッ化
ビニリデン(PVdF)3重量部を混合して正極合剤と
する。この正極合剤スラリーを厚さ20μmの帯状のア
ルミニウム箔である正極集電体(同図2参照)の両面に
塗布・乾燥し、その後ローラプレス機により圧縮成形し
て厚み約160μmの正極1を得る。なお、図2におけ
る正極/負極活物質8の記載は片面のみで示した。
【0013】次に、出発原料として石油ピッチを焼成し
て粗粒状のピッチコークスを得る。この粗粒状のピッチ
コークスを粉砕してコークス材料粉末を得る。このコー
クス材料粉末を負極活物質(図2参照)として、このコ
ークス材料粉末を90重量部、結着剤としてポリフッ化
ビニリデン(PVdF)10重量部とを混合して負極合
剤を調合する。この負極合剤スラリーを厚さ10μmの
銅箔である負極集電体(同図2参照)に塗布し、溶剤を
乾燥後、ローラプレス機により圧縮成形して厚み約19
0μmの負極2を得る(以上、何れも詳細な図示を省略
した)。
【0014】上述の正極1または負極2をスパッタリン
グ装置内に搬入し、図2(a)に示すように、正極/負
極集電体7上の正極/負極活物質8にAr(アルゴン)
などの不活性ガスイオンを斜め方向から衝突させる。A
rなどの不活性ガスイオンを斜め方向から入射すると、
正極/負極活物質8表面で衝突が起こり、イオン衝撃に
より正極/負極活物質8が物理的に削り取られ、正極/
負極活物質8表面に凹凸部Aが形成される(図2(b)
参照)。
【0015】正極/負極活物質8表面に形成される凹凸
部Aの平面形状や深さ(エッチング量やエッチング速
度)は、主に入射するイオンのエネルギーと質量、およ
びエッチング材料などにより決定されるため、正極/負
極活物質8に応じて予めエッチング速度等を決定してお
き、所望の凹凸部Aを形成する。なお、本発明における
凹凸部Aの形状は規則正しく形成されるのが望ましい
が、特に形状を限定するものではない。また、エッチン
グ処理の施される電極は、正極1および負極2の一方ま
たは両方でも良く、エッチング処理の施される場所は、
正極1および負極2の表面のみ、裏面のみ、または両面
であっても良い。更に、凹凸部Aの形成方法は、スパッ
タイオン種として、Ar+ の他にKr+ 、Xe+ 或いは
Rn+ 等の質量の大きい不活性ガスイオンを用いても良
い。また、エッチング処理以外の、例えばブラスト処理
などにより形成しても良い。
【0016】このようにして作製した正極1および負極
2を、図1に示すように、例えば厚さ25μm微多孔性
ポリプロピレンフィルムをセパレータ3とし、正極1−
セパレータ3−負極2の順に積層して積層電極体4とす
る。その後、この積層電極体4を前述の電池缶6に収納
し、正極1から正極リード1aを導出して正極端子9に
接続する。同様に負極2から負極リード2aを導出して
負極端子10に接続して、円筒型の非水電解液二次電池
を完成する。
【0017】かかる構成の本発明の非水電解液二次電池
の動作を簡潔に説明するならば、充電時にはリチウムが
正極1の正極活物質からセパレータ3の電解液中にリチ
ウムイオンとして溶け出して負極2の負極活物質中に入
り込み、放電時には負極2の負極活物質中に入り込んだ
リチウムイオンが電解液中に放出されて正極1の正極活
物質中に再び戻ることにより充放電動作が行われる。本
発明の非水電解液二次電池は、凹凸部Aにより正極/負
極活物質8の面積拡大がなされているため、電気化学的
反応に預かる面積が増加されて電池の電流容量が拡大す
る。
【0018】以上本発明の好適な実施の形態例につき詳
細な説明を加えたが、本発明はこの実施の形態例以外に
も各種実施態様が可能である。例えば、実施の形態例と
して円筒型非水電解液二次電池を用いて説明したが、角
型、偏平型電池にも本発明を適用することが可能であ
る。また、非水電解液二次電池に限らずこれに属するリ
チウムイオン二次電池に適用されても同様の効果が得ら
れることは論を待たない。
【0019】
【発明の効果】本発明の非水電解液二次電池によれば、
正極または負極電極の表面にAr(アルゴン)スパッタ
エッチング等により凹凸部を形成して電極表面積を拡大
するようにしたため、電池の電流容量を拡大することが
できる。これに伴い電池の電流負荷特性を改善すること
が可能となる。
【0020】また、本発明の非水電解液二次電池におい
て、二次電池の負荷が一定である場合には、電極の単位
表面積当たりの電池密度が減少するため電極にかかる負
荷が軽減され、非水電解液二次電池におけるサイクル寿
命が改善される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の非水電解液二次電池における内部構
成を示す斜視図である。
【図2】 (a)、(b)は本発明の非水電解液二次電
池におけるアルゴンエッチング工程を示す拡大断面図で
ある。
【符号の説明】
1…正極、2…負極、3…セパレータ、4…積層電極
体、5…インシュレータ、6…電池缶、7…正極/負極
集電体、8…正極/負極活物質、9…正極端子、10…
負極端子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極集電体の少なくとも一面に正極活物
    質を塗布した正極と、負極集電体の少なくとも一面に負
    極活物質を塗布した負極とをセパレータを介して積層し
    て電池本体を形成する非水電解液二次電池において、 前記正極活物質および前記負極活物質の少なくとも一方
    には、電流容量を拡大する凹凸部が形成されていること
    を特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 前記非水電解液二次電池は、電池容量1
    0Ahないし200Ahの大容量二次電池であることを
    特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池。
  3. 【請求項3】 前記凹凸部は、不活性ガスイオンによる
    イオン衝撃により形成されることを特徴とする請求項1
    に記載の非水電解液二次電池。
  4. 【請求項4】 前記正極、前記セパレータおよび前記負
    極とを渦巻状積層体として円筒型構成としたことを特徴
    とする請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の非
    水電解液二次電池。
  5. 【請求項5】 前記正極、前記セパレータおよび前記負
    極とを、N段積層して角型構成としたことを特徴とする
    請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の非水電解
    液二次電池。
JP9021401A 1997-02-04 1997-02-04 非水電解液二次電池 Pending JPH10223207A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569557B1 (en) 1998-09-17 2003-05-27 Ngk Insulators, Ltd. Lithium secondary battery
KR20030047040A (ko) * 2001-12-07 2003-06-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지
KR100563027B1 (ko) * 1999-01-25 2006-03-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6569557B1 (en) 1998-09-17 2003-05-27 Ngk Insulators, Ltd. Lithium secondary battery
KR100563027B1 (ko) * 1999-01-25 2006-03-22 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
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