JPH10255845A - 非水電解質電池およびその製造方法 - Google Patents

非水電解質電池およびその製造方法

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JPH10255845A
JPH10255845A JP9055966A JP5596697A JPH10255845A JP H10255845 A JPH10255845 A JP H10255845A JP 9055966 A JP9055966 A JP 9055966A JP 5596697 A JP5596697 A JP 5596697A JP H10255845 A JPH10255845 A JP H10255845A
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JP
Japan
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battery
electrolyte
negative electrode
salt
internal resistance
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JP9055966A
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English (en)
Inventor
Toru Matsui
徹 松井
Kenichi Takeyama
健一 竹山
Yasushi Nakagiri
康司 中桐
Tetsuya Kawai
哲也 河井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • 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

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカリ金属負極における不働態皮膜による
内部抵抗の上昇や、不均一な電極反応によるデンドライ
トの形成による充放電効率の低下の抑制された非水電解
質電池を提供する。 【解決手段】 アルカリ金属を活物質とする負極の表面
上または内部に、電解質へ溶解する塩を分散し、電池構
成後、または充放電サイクル途中において塩を溶解させ
る。塩の溶解によって、電気化学的に活性な電極面が露
出し、電池の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
また、電極全体にわたって均一な電池反応が起きるの
で、充放電サイクルを繰り返してもデンドライトの生成
が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質電池、
特に、負極の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、負極活物質にリチウム等のアルカ
リ金属を用い、プロピレンカーボネート,γ−ブチロラ
クトン,ジメトキシエタン,テトラヒドロフラン,ジオ
キソラン等の有機溶媒に、LiClO4,LiBF4,L
iAsF6,LiPF6,LiCF3SO3等の溶質を溶解
させた電解液と組み合わせた非水電解質電池は、高エネ
ルギー密度を有することから、電子時計,カメラをはじ
めとする小型電子機器に広く用いられている。この種の
非水電解質電池は、アルカリ金属の化学的反応性が高
く、容易に電解液成分と反応して負極表面に不働態皮膜
を形成するため、自己放電反応が抑制され、保存特性が
良いという特長がある。
【0003】しかし、一方で、充電中に負極表面上に樹
枝状,フィブリル状,あるいは針状形態のアルカリ金
属、いわゆるデンドライトが析出する。これは、不働態
皮膜が形成されることにより、負極表面上でのアルカリ
金属イオンの析出場所が局在化するためである。このよ
うなデンドライトが生成され、さらには成長することに
より、負極と正極の間の内部短絡が生じる問題があっ
た。また、次の放電過程では、デンドライトが局所的に
溶解して寸断され、充電中に析出させたすべてのアルカ
リ金属を溶解させることができなくなり、結果として充
放電効率が著しく低下するといった問題もあった。
【0004】このような充電過程でのデンドライトの形
成を抑制するために、例えば、アルカリ金属としてリチ
ウムを用いた場合、負極電位をLi+/Li 電位に対し
て−50mVより貴に保ち、かつ0.3mAh/cm2
以下となるような緩やかな条件でリチウムを析出させる
充電方法(Progress in Batteries and Solar Cells,
第2巻,54頁,1979) が提案されている。ま
た、電解液に用いる溶媒に、例えば、プロピレンカーボ
ネートといった高誘電率のものとジメトキシエタンとい
った低粘度のものを混合して用いることにより、充放電
効率を改善するとともにデンドライトの生成を抑制する
方法(Electrochimica Acta, 第30巻,1715頁,
1985)も提案されている。これらの方法では、電極
表面でのアルカリ金属の析出反応を均一に行わせること
によりデンドライトを抑制するという考えに立ってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
充電による対策は、効率が悪く、結果的に長時間の充電
が必要とされる。また、電解液の溶媒に高誘電率のもの
と低粘度のものを混合して用いた場合、低自己放電特性
は維持され、また、充放電サイクルにおけるデンドライ
トの生成は抑制される。しかし、長期の保存や60℃と
いった高温での保存、また、充放電サイクルの繰り返し
により、溶媒と負極活物質であるアルカリ金属との反応
が促進される。そのため、集積した不働態皮膜により電
池の内部抵抗が著しく上昇する現象が見られたり、二次
電池としては不均一な電極反応によるデンドライトの形
成や充放電効率の低下が依然として見受けられる。本発
明は、このような従来の欠点を除去するものであり、長
期の保存や60℃以上の高温での保存、また、充放電サ
イクルを繰り返しても電極反応の均一性が保たれ、充放
電サイクル寿命の長い、信頼性の大きい非水電解質電池
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ金属
を活物質とする負極の表面および内部の少なくとも一方
に、電解質へ溶解する塩を分散し、電池構成後、また
は、充放電サイクル途中において塩を溶解させる。塩の
溶解によって、電気化学的に活性な電極面が露出し、電
池の内部抵抗の上昇を抑制することができる。また、電
極全体にわたって均一な電池反応が起きるので、充放電
サイクルを繰り返してもデンドライトの生成が抑制され
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的実施例により説明する。
【0008】
【実施例】以下の実施例では、電池の組み立てをすべて
アルゴンガス雰囲気下において行った。また、アルカリ
金属としてリチウムを用いたが、他のアルカリ金属を使
用しても同様な結果が得られる。
【0009】《実施例1》表面にLiClO4 粉末を付
着させたリチウムシートを以下のように作製した。Li
ClO4 の顆粒を乳鉢で静かに粉砕し、最大粒径が20
μmとなるように調製した。このLiClO4 粉末をス
テンレス鋼製バットに敷き詰め、厚さ100μmのリチ
ウム箔をその上におき、200kg/cm2 の圧力でリ
チウムシートを押さえることにより、リチウムシートの
片面にLiClO4 粉末を付着させた。過剰なLiCl
4 粉末(リチウム表面ではなく、LiClO4 粉末上
に堆積したLiClO4 粉末)をヘラで削り落とすこと
により、1cm2 当たりの表面に約9mgのLiClO
4 粉末が付着したリチウム金属シートを得た。電解液と
して、プロピレンカーボネートとジメトキシエタンを
1:1の体積比で混合した溶媒に、LiClO4を 0.
3モル/リットルの割合で溶解したものを用いた。次
に、図1に示すような扁平型電池を構成した。
【0010】正極1は、LiMn24粉末、カーボンブ
ラック,および、四弗化ポリエチレン樹脂粉末を混合
し、チタンのエキスパンドメタルからなる集電体2をス
ポット溶接した正極缶3に加圧成型した。セパレータ7
には、ポリプロピレン製多孔質膜を用いた。負極4は、
LiClO4 粉末9が表面に付着したリチウム箔を直径
16.8mmのディスクに打ち抜いたものを、LiCl
4 粉末面がセパレータ側になるように、ニッケルのエ
キスパンドメタル5をスポット溶接した封口板6に圧着
した。電池の組み立ては、セパレータ,リチウム箔を配
置した封口板6を転地した後、上記の電解液を150μ
l注入し、次に、ガスケット8を介して正極缶3をかぶ
せ、正極缶の周縁部を封口板にかしめる手順で行った。
【0011】《比較例1》比較例として、LiClO4
粉末が表面に付着していないリチウム箔を用いて同様の
扁平型電池を組み立てた。
【0012】以上のように作製した電池を、それぞれ5
0個ずつ、60℃で30日間保存し、その間の電池の内
部抵抗の変化を測定した。その間の内部抵抗の経時変化
を図2に示す。また、30日経過後の内部抵抗の値とそ
のバラツキ(σ)を表1に示す。ただし、表中の内部抵
抗の値は(平均値±σ)を示す。
【0013】
【表1】
【0014】図2より、表面にLiClO4 粉末が付着
していないリチウム箔を用いた比較例1の電池では、保
存により内部抵抗が大きく上昇するのに対して、LiC
lO4 粉末を付着させた実施例1の電池では、内部抵抗
の上昇が抑制されることがわかる。また、表1より、実
施例1の電池は、比較例1の電池と比べて、内部抵抗の
バラツキも著しく低減されていることがわかる。
【0015】《実施例2》種々の電解質塩を用いて、実
施例1と同様な扁平型電池を組み立て、それぞれ50個
ずつ、60℃で30日間保存し、その間の電池の内部抵
抗の変化を測定した。30日経過後の内部抵抗の値とそ
のバラツキ(σ)を表2に示す。ただし、表中の内部抵
抗の値は(平均値±σ)を示す。
【0016】
【表2】
【0017】表2より、リチウム表面上に電解質塩の粉
末を付着させることによって、保存による電池の内部抵
抗の増加を抑制することができる。特に、電解質塩とし
て、LiPF6 を用いると内部抵抗は小さく保てること
がわかる。これは、おそらく、LiPF6 塩の分解によ
って良好なイオン伝導性皮膜が均一に形成され、また、
電解質中の溶媒との反応が抑制されるためであると考え
られる。
【0018】《実施例3》LiClO4 粉末が内部に埋
蔵したリチウムシートを以下のように作製した。実施例
1と同様に、最大粒径が20μmのLiClO4 粉末を
調製した。このLiClO4 粉末を厚さ200μmのリ
チウム箔ではさみ、双ローラーで圧延した。この時のL
iClO4 粉末とリチウム箔の混合重量比は1:9であ
る。そして、この圧延リチウムを折り畳み、再び双ロー
ラーで圧延するという過程を繰り返した。こうしてLi
ClO4 粉末が混在した圧延リチウムを作った。この圧
延リチウムに、新たな厚さ80μmのリチウム箔を重ね
合わせ、圧延することにより、片面側にLiClO4
末が埋蔵されたリチウム箔を得た。このようにして得た
リチウム箔の厚さは150μmであった。分析による
と、LiClO4 粉末が埋蔵されていない側では、表面
から約10μmの深さまではLiClO4 粉末が存在し
ないことが確認された。
【0019】電解液として、プロピレンカーボネートと
ジメトキシエタンを1:1の体積比で混合した溶媒に、
LiClO4を 0.5モル/リットルの割合で溶解した
ものを用いたほかは、実施例1と同様にして扁平型電池
を組み立てた。ただし、LiClO4 粉末が埋蔵されて
いないリチウム部分がセパレータ側に設置されている。
以上のように作製した電池を、2mA/cm2 の定電流
で、2.5Vまで放電し、3.5Vまで充電する充放電
サイクルを繰り返した。
【0020】《比較例2》比較例1と同様にして、扁平
型電池を組み立てた。ただし、電解質塩の濃度は、実施
例3で使用したリチウム箔内に含まれるLiClO4
を考慮して、0.6モル/リットルとした。この電池を
2mA/cm2 の定電流で、2.5Vまで放電し、3.
5Vまで充電する充放電サイクルを繰り返した。
【0021】図3は、実施例3と比較例2の電池におい
て、各サイクルでの充電完了時における電池の内部抵抗
をプロットした図である。これより、実施例3の電池で
は、充放電サイクルを繰り返しても電池の内部抵抗の上
昇が抑制されていることがわかる。これは、充放電サイ
クルとともにリチウム箔内に埋蔵されていたLiClO
4 粉末が溶解することによって、電気化学的に活性な電
極面が露出したことによる。図4は、実施例3と比較例
2の電池において、各サイクルでの電池の放電容量をプ
ロットした図である。これより、実施例3の電池では、
充放電サイクルを繰り返しても放電容量の低減が少ない
ことがわかる。これは、図3より、実施例3の電池で、
内部抵抗の増加が抑制されていることによる。
【0022】《実施例4》LiClO4 粉末と厚さ20
0μmのリチウム箔とを重量比3:7の割合で用い、実
施例3と同様にして、双ローラーで圧延する操作を繰り
返し、表面および内部にLiClO4 粉末が分散した厚
さ150μmのリチウム箔を作製した。電解液として、
プロピレンカーボネートとジメトキシエタンを3:1の
体積比で混合した溶媒に、LiClO4を 0.3モル/
リットルの割合で溶解したものを用いたほかは、実施例
1と同様にして扁平型電池を組み立てた。以上のように
作製した電池を、2mA/cm2 の定電流で、2.5V
まで放電し、3.5Vまで充電する充放電サイクルを繰
り返した。
【0023】《比較例3》比較例1と同様の扁平型電池
を組み立てた。ただし、電解質塩の濃度は、実施例4で
使用したリチウム箔内に含まれるLiClO4 量を考慮
して、1.6モル/リットルとした。そして、実施例4
と同様に、2mA/cm2 の定電流で、2.5Vまで放
電し、3.5Vまで充電する充放電サイクルを繰り返し
た。
【0024】図5は、実施例4と比較例3の電池におい
て、各サイクルでの電池の放電容量をプロットした図で
ある。これより、実施例4の電池では、充放電サイクル
を繰り返しても放電容量の低減が少ないことがわかる。
これは、実施例4の電池では充放電サイクルによる内部
抵抗の増加が抑制されていることによる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によると、塩の溶解
によって、電気化学的に活性な負極面が露出し、電池の
内部抵抗の上昇を抑制することができる。また、電極全
体にわたって均一な電池反応が起きるので、充放電サイ
クルを繰り返してもデンドライトの生成が抑制される。
したがって、長期の保存や充放電サイクルを行っても電
極反応の均一性が保たれ、充放電サイクル寿命の長い、
信頼性の大きい非水電解質電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いた扁平型二次電池の縦断
面図である。
【図2】実施例1および比較例1の電池の60℃におけ
る内部抵抗の変化を示す図である。
【図3】実施例3および比較例2の電池の各サイクルで
の内部抵抗をプロットした図である。
【図4】実施例3および比較例2の電池の各サイクルで
の放電容量をプロットした図である。
【図5】実施例4および比較例3の電池の各サイクルで
の放電容量をプロットした図である。
【符号の説明】
1 正極 2 正極集電体 3 正極缶 4 負極 5 負極集電体 6 封口板 7 セパレータ 8 ガスケット 9 電解質塩の粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河井 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、アルカリイオン伝導性の電解質、
    およびアルカリ金属を活物質とする負極を具備し、負極
    の表面および内部の少なくとも一方に、電解質へ溶解す
    る塩を付着させていることを特徴とする非水電解質電
    池。
  2. 【請求項2】 正極、アルカリイオン伝導性の電解質、
    およびアルカリ金属を活物質とする負極を具備する電池
    を作製する過程において、負極の表面および内部の少な
    くとも一方に、電解質へ溶解する塩を分散させ、電池構
    成後または充放電サイクル途中で前記塩を電解質へ供給
    することを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
JP9055966A 1997-03-11 1997-03-11 非水電解質電池およびその製造方法 Pending JPH10255845A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020083088A (ko) * 2001-04-26 2002-11-01 에스케이씨 주식회사 버튼형 리튬전지 및 그의 제조방법
WO2013035361A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 株式会社リコー 非水電解液二次電池

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