JPH1055798A - シート状電極 - Google Patents

シート状電極

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JPH1055798A
JPH1055798A JP8209882A JP20988296A JPH1055798A JP H1055798 A JPH1055798 A JP H1055798A JP 8209882 A JP8209882 A JP 8209882A JP 20988296 A JP20988296 A JP 20988296A JP H1055798 A JPH1055798 A JP H1055798A
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JP
Japan
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sheet
electrode
negative electrode
slurry
binder
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JP8209882A
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English (en)
Inventor
Itsukazu Yamaguchi
五和 山口
Masanori Ito
真典 伊藤
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FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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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
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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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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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水溶性のカルボキシメチルセルロースをバイ
ンダーとして使用することができるとともに巻回性に優
れ、電池性能の信頼性を確保できるシート状電極を提供
する。 【解決手段】 スパイラル型リチウム二次電池用のシー
ト状負極1は、炭素質材料からなる電極活物質に対して
溶剤とともにバインダーのカルボキシメチルセルロース
を混合してスラリーを作製し、前記スラリーを集電体シ
ート4に塗布したもので、前記スラリーに柔軟剤として
ポリエチレンオキサイドを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシート状電極に関
し、特にスパイラル型リチウム二次電池の負極として好
適なシート状電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】スパイラル型リチウム二次電池のシート
状負極及びこれを用いた群電極の作製手順は次の〜
の通りに行われている。
【0003】負極スラリー作製工程:電極活物質であ
るガラス状炭素にバインダーとしてポリフッ化ビニリデ
ンを添加混合した後、溶剤として例えば有機系のN―メ
チルピロリドンを添加混練し、負極スラリーを作製す
る。
【0004】負極シート作製工程:この負極スラリー
をドクターブレード方式のスラリー塗布装置を用いて、
長尺の銅製集電体シートの片面あるいは両面に塗布し、
連続乾燥炉を通過させ、乾燥・固化させることにより、
負極シートを作製する。
【0005】負極シート圧延・裁断工程:上記の負極
シートをプレスローラを通過させることにより均一な厚
みとし、さらに所定の幅及び長さにシートを裁断する。
【0006】負極リード溶接工程:上記シートに負極
集電リードを溶接することでシート状電極を完成する。
【0007】群電極巻回工程:シート状負極に対して
これとほぼ同寸法のシート状正極を用意し、両電極間に
セパレータを挟み、巻回機械で巻回することで、群電極
を完成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上の手順で作製され
る群電極を構成するシート状負極にあっては、前記の
スラリー作製工程において、そのバインダーとしてポリ
フッ化ビニリデンを用いているが、これは有機溶剤のみ
に可溶なもので、溶剤としては有機系のNーメチルピロ
リドン等を用いなければならなかった。
【0009】しかしながら、Nーメチルピロリドン等の
有機溶剤は引火性や刺激臭があり、吸湿によってスラリ
ーがゲル化する等の変質の可能性があり、また水系のも
のに対してコスト高といった課題を抱えていた。
【0010】そこで、このような課題を解決するため、
有機溶剤の使用を避け、より作業時の安全性の高い水溶
性のバインダーをスパイラル型電池に適用することが考
えられる。即ち、水溶性のカルボキシメチルセルロース
を用いることである。
【0011】ところが、カルボキシメチルセルロースを
バインダーとして、前記〜の工程と同様に、シート
状電極を作製すると、スラリーの乾燥固化した活物質層
は集電体シートに対して良好な接着性を有すものの、固
くなって柔軟性に欠けるといった問題があった。このた
め、前記の群電極巻回工程において、この活物質層が
集電体シートから剥離し易くなり、途中で破断した部分
が径方向に突出してセパレータが突き破り、ショートし
てしまう恐れがあった。しかも、活物質層と集電体シー
トとの僅かな剥離が所々で発生すると、電極反応がシー
ト状電極の各部分に亘って不均一となって電池性能の劣
化の原因となり、電池性能の信頼性を損なう恐れがあっ
た。
【0012】本発明は、前述した課題及び問題を鑑みて
なされたものであり、その目的は、バインダーとして水
溶性のカルボキシメチルセルロースを使用する一方、巻
回性に優れ、電池性能の信頼性を確保できるシート状電
極を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係るシート状電極は、電極活物質に対して
溶剤とともにバインダーとしてカルボキシメチルセルロ
ースを混合してスラリーを作製し、前記スラリーを集電
体シートに塗布した後、セパレータとともに巻回するシ
ート状電極において、前記スラリーに柔軟剤としてポリ
エチレンオキサイドを添加してなるのである。
【0014】好ましくは、前記シート状電極の前記電極
活物質として炭素質材料を採用し、これをスパイラル型
リチウム二次電池用負極として使用することである。
【0015】前述した本発明のシート状電極によれば、
シート状電極のバインダーとして水溶性のカルボキシメ
チルセルロースを用いるため、シート状電極を作製する
ために従来のような有機系溶剤に代わって水を溶剤とし
て用いるので、溶剤に引火性がなくまた吸湿による変質
の可能性もない。また、有機溶剤より水のものの方が安
価であるため、コストダウンを図ることができる。
【0016】また、柔軟剤としてポリエチレンオキサイ
ドを用いることで、巻回時に集電体シートから活物質層
が剥離することを確実に防止でき、優れた巻回性を確保
することができる。したがって、これを用いた最終製品
としての電池性能の信頼性を確保することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係るシート状電極
の一実施の形態について添付図面に基づき説明する。本
形態では、本発明をスパイラル型リチウム二次電池のシ
ート状負極に適用した場合を例にとり説明する。このシ
ート状電極の作製手順としては、従来の技術の項で説明
した手順と同様であるが、使用するバインダー及び溶剤
の種類、及び柔軟剤を新たに用いる点が異なる。以下、
この相違点を中心にして説明する。
【0018】本形態のシート状電極にあっては、前述し
た負極スラリー作製工程において、バインダーとして
カルボキシメチルセルロースを用い、溶剤として水を用
い、且つポリエチレンオキサイドからなる柔軟剤を用い
るのである。
【0019】具体的には、負極活物質としてガラス状炭
素95重量部に対して、バインダーとしてカルボキシメ
チルセルロースを4重量部、柔軟剤としてポリエチレン
オキサイドを1重量部、及び溶剤として水を195重量
部の割合で配合し、自動乳鉢で1時間撹拌混合すること
により、負極スラリーを作製した。このとき、カルボキ
シメチルセルロース及びポリエチレンオキサイドは、溶
解に時間がかかるものであるため、予め水溶液状態にし
ておいたものを用いた。
【0020】このようにして得た負極スラリーを用い
て、前述した負極シート作製工程と同様に負極シート
を得た。具体的には、図1に示すように、集電体シート
1として厚さ13μmの長尺銅箔の一方の面に活物質2
としての負極スラリーを厚さ約200μmで塗布した
後、直ちに100℃で1時間乾燥した。その後、前記
負極シート圧延・裁断工程と同様にして、圧延及び裁断
を行って幅56mm及び長さ約50cmの寸法に切断
し、次いで、前記負極リード溶接工程と同様にして集
電体シート1に負極集電リード3を溶接してシート状負
極4を完成した。このとき、図1では、スラリーが塗布
されているのは、銅箔の一方の面のみであるが、裏側の
他方の面にもこれを同じ厚さで塗布してもよい。
【0021】以上のようにして得られたシート状負極4
によれば、シート状負極のバインダーとしてカルボキシ
メチルセルロースを用いているため、溶剤は水を使用す
ることができる。これにより、このカルボキシメチルセ
ルロースが吸湿しても溶剤が水であるためスラリーがゲ
ル化してしまうことがない。
【0022】また、従来の有機溶剤のNーメチルピロリ
ドンを用いた場合に比し、引火による危険性や、吸湿に
よる変質の可能性といった課題を解消することができ
る。また、Nーメチルピロリドンに比べて水は100分
の1以下のコストで済むため、大幅なコストダウンを図
ることができる。更に、柔軟剤としてポリエチレンオキ
サイドを用いることで、巻回時に集電体シートから活物
質層が剥離することを確実に防止でき、優れた巻回性を
確保することができる。
【0023】このシート状負極の巻回性、柔軟性並びに
負極活物質の接着性を確認するため上記実施例以外にカ
ルボキシメチルセルロースとポリエチレンオキサイドの
配合の異なる実施例2〜4のシート状電極を作成し、従
来例並びに比較例のシート状電極と対比した。
【0024】実施例2はカルボキシメチルセルロースが
2.5部に対してポリエチレンオキサイドが等量の2.
5部(1:1)、実施例3はカルボキシメチルセルロー
スが4.5部に対してポリエチレンオキサイドが0.5
部(1:0.11)、実施例3はカルボキシメチルセル
ロースが0.5部に対してポリエチレンオキサイドが
4.5部(1:9)でその他は前記実施例(実施例1)
の場合と同じとした。
【0025】一方、従来例はバインダーとしてポリフッ
化ビニリデン、溶剤としてNーメチルピロリドンを用い
たものを示し、比較例1は柔軟剤のポリエチレンオキサ
イドを用いずにバインダーのカルボキシメチルセルロー
スのみを水に溶解したもの示し、比較例2はバインダー
のカルボキシメチルセルロースを用いずに柔軟剤として
ポリエチレンオキサイドのみを水に溶解したものを示し
た。
【0026】これらのシート状負極の巻回性、柔軟性お
よび接着性のテストは、乾燥後圧延前のシート状負極を
半径rの円柱に90度の回転角度で曲げた場合の状態を
観察することによって判断した。なお、この半径rとし
てはスラリーが集電体シートに塗布された後に圧延及び
巻回等の工程を経る間に接触するローラの最小半径を選
んだ。上記テストの結果を以下の表1に示した。
【0027】
【表1】 表1に示すように、実施例の場合には、カルボキシメチ
ルセルロースに対してポリエチレンオキサイドの量が9
倍の実施例4の場合には接着性が若干劣るが、その他の
場合には、図2(a)に示すように巻回性、柔軟性およ
び接着性において良好な結果を示した。一方、比較例1
の場合には、図2(b)に示すように巻回不可となっ
た。また、比較例2にあっては、柔軟性は確保でき巻回
は可能であるものの、バインダーがないため接着性に劣
り、乾燥後の巻回する以前に活物質層が剥離してしまっ
た。
【0028】また実際に、実施例1にかかるシート状負
極電極を、正極シート5やセパレータ6とともに巻回し
て群電極とした状態を観察したところ、活物質層の剥離
が全くなく、剥離による短絡現象が確実に防止され、正
極シートの活物質層と負極シートのそれとの間隔が一定
になっており、均一な電極反応が確保できることが確認
できた。
【0029】以上説明した本発明の実施例1に係るシー
ト状負極を用いてスパイラル型リチウム二次電池を作成
し、その電池の性能テストを前述した従来例のシート状
負極を用いたものと比較して行った。具体的には、充放
電サイクル回数に対する放電容量の変化を測定した。
【0030】このテストに用いたリチウム二次電池のシ
ート状正極について説明すると、実施例1及び従来例に
共通して、正極活物質としてコバルト酸リチウム86重
量部、導電材としてアセチレンブラック、グラファイト
各4重量部、及びバインダーとしてのポリフッ化ビニリ
デンを混合し、この混合物にNーメチルピロリドンを添
加混練して正極スラリーとした。この正極スラリーを集
電体シートである20μmのアルミニウム箔の両面にそ
れぞれ約300μmの厚さで塗布し、100℃の雰囲気
下で1時間乾燥した後、圧延し、幅54mm及び長さ約
50cmの寸法に裁断して、所定箇所に正極集電リード
を溶接したものをシート状正極とした。
【0031】このシート状正極に対してポリプロピレン
製のセパレータを間に挟んで前記シート状負極を重ねな
がら巻回して群電極とし、この群電極を負極缶に入れて
この負極缶と負極集電リードを溶接するとともに、正極
集電リードに正極端子部品を溶接し、電解液を注入し
て、正極端子部品の嵌合した負極缶の開口部をかしめて
封口することにより、直径約18mm及び高さ約65m
mのスパイラル型リチウム二次電池を完成した。
【0032】電解液としては、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートの有
機溶剤の混合溶剤に対して過塩素酸リチウムを電解質と
して溶解したものを用いた。
【0033】以上の構成に係る従来例及び実施例1によ
るスパイラル型リチウム二次電池の放電サイクルに対す
る充電容量を図4に示す。この図4から明らかなよう
に、本発明に係る実施例1のものにあっては従来例とほ
ぼ同様の充放電サイクル特性を示し、細かく観察する
と、実施例1の方が平坦で僅であるが従来例より上回っ
た結果を示している。
【0034】これは、シート状負極のバインダーとして
カルボキシメチルセルロース及び柔軟剤としてポリエチ
レンオキサイドを用いると、活物質層と集電体シートと
の付着力が充分なため充放電を繰り返しても剥離せず、
電気的接触が充分保つことができ、従来例に比べて特性
の向上を得ることができたと考えられる。
【0035】なお、本発明のシート状電極の上記実施の
態様では専らリチウム二次電池用負極について説明した
が、本発明のシート状電極はこれに限られることなく、
スパイラル型の一次電池など、様々な形態の電池及び電
極に用いることができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシー
ト状電極によれば、そのバインダーとしてカルボキシメ
チルセルロースを用いるため、シート状電極を作製する
ための溶剤として水系のものを用いることができ、従来
の有機系の溶剤を用いた場合に比し、引火性がなく吸湿
による変質の可能性を解消することができる。また、水
などの溶剤は安価であるため、従来のものに比べてコス
トダウンが図れる。
【0037】また、柔軟剤としてポリエチレンオキサイ
ドを用いることで、優れた巻回性を確保することがで
き、これを用いた最終製品としての電池性能の信頼性を
確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシート状電極を示し、(a)は平
面図、(b)は正面図である。
【図2】シート状電極の巻回性のテスト方法を示す説明
図で、(a)は本発明のシート状電極を巻回した状態を
示す図であり、(b)は比較例のシート状電極を巻回し
た状態を示す図である。
【図3】本発明に係るシート状電極をセパレータととも
に巻回した群電極を示す図で、(a)は斜視図、(b)
は縦断面図である。
【図4】本発明に係るシート状電極と従来のシート状電
極とを用いた電池の充放電サイクル特性を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
1 集電体シート 2 負極活物質 3 負極集電リード 4 シート状負極 5 正極シート 6 セパレーター

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極活物質に対して溶剤とともにバイン
    ダーとしてカルボキシメチルセルロースを混合してスラ
    リーを作製し、該スラリーを集電体シート(4)に塗布
    した後、セパレータ(3)とともに巻回するシート状電
    極(1)において、該スラリーに柔軟剤としてポリエチ
    レンオキサイドを添加してなることを特徴とするシート
    状電極。
  2. 【請求項2】 前記シート状電極(1)が炭素質材料を
    前記電極活物質としたスパイラル型リチウム二次電池用
    負極であることを特徴とする請求項1記載のシート状電
    極。
JP8209882A 1996-08-08 1996-08-08 シート状電極 Pending JPH1055798A (ja)

Priority Applications (1)

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JP8209882A JPH1055798A (ja) 1996-08-08 1996-08-08 シート状電極

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Cited By (6)

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