JPH1064587A - 非水二次電池 - Google Patents
非水二次電池Info
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- JPH1064587A JPH1064587A JP8222112A JP22211296A JPH1064587A JP H1064587 A JPH1064587 A JP H1064587A JP 8222112 A JP8222112 A JP 8222112A JP 22211296 A JP22211296 A JP 22211296A JP H1064587 A JPH1064587 A JP H1064587A
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- JP
- Japan
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- capacity
- battery
- lithium
- negative electrode
- secondary battery
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気自動車等に使用される大型リチウム二次
電池において、安全性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 正極１に対する負極３の容量比率を４倍
から８倍とすることにより、電池容量および安全性に優
れた電池が得られる。
電池において、安全性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 正極１に対する負極３の容量比率を４倍
から８倍とすることにより、電池容量および安全性に優
れた電池が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水二次電池に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、リチウム二次電池の負極としてリ
チウム金属やリチウム合金をはじめとして種々の材料が
検討されている。リチウム金属を用いた場合、充電時に
デンドライトといわれる樹枝状のリチウムが生成し、電
池の充放電を繰り返すうちにこのデンドライトが成長し
てセパレータを貫通し、電池の内部短絡や、極端な場合
には電池の発火につながるという問題がある。そこで、
リチウムを吸蔵，放出できる材料を用い、デンドライト
の生成を抑制する研究がなされている。
チウム金属やリチウム合金をはじめとして種々の材料が
検討されている。リチウム金属を用いた場合、充電時に
デンドライトといわれる樹枝状のリチウムが生成し、電
池の充放電を繰り返すうちにこのデンドライトが成長し
てセパレータを貫通し、電池の内部短絡や、極端な場合
には電池の発火につながるという問題がある。そこで、
リチウムを吸蔵，放出できる材料を用い、デンドライト
の生成を抑制する研究がなされている。
【０００３】その一つとして、カーボンを用いた電池は
１９８６年第２７回電池討論会要旨集Ｐ．９７、あるい
は１９８７年第２８回電池討論会要旨集Ｐ．２０１に紹
介されている。
１９８６年第２７回電池討論会要旨集Ｐ．９７、あるい
は１９８７年第２８回電池討論会要旨集Ｐ．２０１に紹
介されている。
【０００４】一方、昨今環境問題が大きく浮上し、それ
に関連して従来のガソリンを燃料とする自動車に代わ
り、電気自動車の開発が進められているが、その電源と
して、エネルギー密度の大きいリチウム二次電池が有望
視されている。
に関連して従来のガソリンを燃料とする自動車に代わ
り、電気自動車の開発が進められているが、その電源と
して、エネルギー密度の大きいリチウム二次電池が有望
視されている。
【０００５】電気自動車の電源とする場合、民生用に比
べ、かなりの大型化が必要であるが、本来リチウム二次
電池は、リチウムと水が反応するため、非水電解質を用
いなければならず、水系電解液に比べ電導度が低いとい
う問題点を有している。
べ、かなりの大型化が必要であるが、本来リチウム二次
電池は、リチウムと水が反応するため、非水電解質を用
いなければならず、水系電解液に比べ電導度が低いとい
う問題点を有している。
【０００６】そのため、大電流で作動させるには電極面
積を大きくすることが必要で、通常民生用でも、薄型極
板が用いられている。電気自動車用電源として大型化す
る場合には民生用に比べさらに大量の極板を使用するこ
ととなるが、その精度の向上が要求される。なぜなら
ば、極板の単位面積当たりに充填されている活物質量が
ばらつくと、活物質の利用率がばらつき、特に負極の利
用率が限界値を超えると、リチウムを吸蔵しきれずに負
極表面への金属リチウムの析出という現象を招きかね
ず、安全性に不安を生じるからである。さらに、充放電
に伴う電解液の分解も現状では皆無とはいえず、充放電
サイクルを繰り返すうちに電解液が減少して電極上で部
分的に枯渇した場合、電極のある部分に充放電反応が集
中するため、やはり負極の利用率が上昇し、安全性はさ
らに不安を生じる。また、本発明の正極にリチウム含有
化合物を用いた場合、過充電時には正極から過剰のリチ
ウムが脱離することとなり、負極上へのリチウムの析出
が懸念される。そこで、現状では周辺制御機器で電圧の
上昇を防いでいるが、その際、機器の体積が余分に必要
となり、電池自体の大きさが限定され、搭載可能な電池
容量が低下する原因となる。
積を大きくすることが必要で、通常民生用でも、薄型極
板が用いられている。電気自動車用電源として大型化す
る場合には民生用に比べさらに大量の極板を使用するこ
ととなるが、その精度の向上が要求される。なぜなら
ば、極板の単位面積当たりに充填されている活物質量が
ばらつくと、活物質の利用率がばらつき、特に負極の利
用率が限界値を超えると、リチウムを吸蔵しきれずに負
極表面への金属リチウムの析出という現象を招きかね
ず、安全性に不安を生じるからである。さらに、充放電
に伴う電解液の分解も現状では皆無とはいえず、充放電
サイクルを繰り返すうちに電解液が減少して電極上で部
分的に枯渇した場合、電極のある部分に充放電反応が集
中するため、やはり負極の利用率が上昇し、安全性はさ
らに不安を生じる。また、本発明の正極にリチウム含有
化合物を用いた場合、過充電時には正極から過剰のリチ
ウムが脱離することとなり、負極上へのリチウムの析出
が懸念される。そこで、現状では周辺制御機器で電圧の
上昇を防いでいるが、その際、機器の体積が余分に必要
となり、電池自体の大きさが限定され、搭載可能な電池
容量が低下する原因となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般にリチウム二次電
池において、その安全性を確保するために様々な周辺制
御機器が工夫されているが、その場合、機器の体積が余
分に取られるため、電池自体の大きさが限定され、搭載
可能な電池容量が低下する原因となる。
池において、その安全性を確保するために様々な周辺制
御機器が工夫されているが、その場合、機器の体積が余
分に取られるため、電池自体の大きさが限定され、搭載
可能な電池容量が低下する原因となる。
【０００８】本発明は電池の内部設計の段階で安全性を
高め、周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大きくする
ことを目的とする。
高め、周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大きくする
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、電池構成時に正極の容量に対する負極の容
量を４倍から８倍としたものである。この場合、正極の
容量とは、電池の充放電時に正極が経緯する電位範囲に
おいて可逆的にリチウムを吸蔵，放出しうる最大量を示
し、負極の容量とは、負極が金属リチウムを析出を伴わ
ずに吸蔵しうる最大量を示す。
に本発明は、電池構成時に正極の容量に対する負極の容
量を４倍から８倍としたものである。この場合、正極の
容量とは、電池の充放電時に正極が経緯する電位範囲に
おいて可逆的にリチウムを吸蔵，放出しうる最大量を示
し、負極の容量とは、負極が金属リチウムを析出を伴わ
ずに吸蔵しうる最大量を示す。
【００１０】これにより、正，負極のいずれもが極板作
成時にある程度の誤差を含んでいても安全性を高めるこ
とができ、かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大
きくすることができる。
成時にある程度の誤差を含んでいても安全性を高めるこ
とができ、かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大
きくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、２０Ａｈ以上である非水二次電池において、電池構
成時に正極の容量に対する負極の容量を４倍から８倍と
したものである。
は、２０Ａｈ以上である非水二次電池において、電池構
成時に正極の容量に対する負極の容量を４倍から８倍と
したものである。
【００１２】これにより、正，負極のいずれもが極板作
成時にある程度の誤差を含んでいても安全性を高めるこ
とができ、かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大
きくする作用を有する。
成時にある程度の誤差を含んでいても安全性を高めるこ
とができ、かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大
きくする作用を有する。
【００１３】
【実施例】以下、図面とともに本発明の実施例を説明す
る。実施例においては、円筒形の電池を構成して評価を
行った。
る。実施例においては、円筒形の電池を構成して評価を
行った。
【００１４】（実施例１）図１に本実施例に用いた円筒
形電池の縦断面図を示す。図において、１は正極を示
し、活物質であるＬｉＣｏＯ2 に導電材としてカーボン
ブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレンの水性
ディスバージョンを重量比で１００：３：１０の割合で
混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着，乾燥し、
圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これ
にチタン製の正極リード板２をスポット溶接している。
なお、結着剤のポリ四フッ化エチレンの水性ディスバー
ジョンの混合比率は、その固形分で計算している。３は
負極で、天然黒鉛を主材料とし、これとアクリル系結着
剤とを重量比で１００：３の割合で混合したものをニッ
ケル箔の両面に塗着，乾燥し、圧延した後、所定の大き
さに切断したものである。これにニッケル製の負極リー
ド板４をスポット溶接している。５はポリエチレン製の
微孔性フィルムからなるセパレータで、正極１と負極３
との間に介在し、全体が渦巻状に捲回されて極板群を構
成している。この極板群の上下の端にはそれぞれポリプ
ロピレン製の上部絶縁板６，下部絶縁板７を配設して鉄
にニッケルメッキしたケース８に挿入する。そして、正
極リード板２をチタン製の封口板９に、負極リード板４
をケース８の底部にそれぞれスポット溶接した後、所定
量の電解液をケース内に注入し、ガスケット１０を介し
て電池を封口板９で封口して完成電池とする。この電池
の寸法は直径８０ｍｍ，高さ９０ｍｍである。なお、１
１は電池の正極端子であり、負極端子は電池ケース８が
これを兼ねている。
形電池の縦断面図を示す。図において、１は正極を示
し、活物質であるＬｉＣｏＯ2 に導電材としてカーボン
ブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレンの水性
ディスバージョンを重量比で１００：３：１０の割合で
混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着，乾燥し、
圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これ
にチタン製の正極リード板２をスポット溶接している。
なお、結着剤のポリ四フッ化エチレンの水性ディスバー
ジョンの混合比率は、その固形分で計算している。３は
負極で、天然黒鉛を主材料とし、これとアクリル系結着
剤とを重量比で１００：３の割合で混合したものをニッ
ケル箔の両面に塗着，乾燥し、圧延した後、所定の大き
さに切断したものである。これにニッケル製の負極リー
ド板４をスポット溶接している。５はポリエチレン製の
微孔性フィルムからなるセパレータで、正極１と負極３
との間に介在し、全体が渦巻状に捲回されて極板群を構
成している。この極板群の上下の端にはそれぞれポリプ
ロピレン製の上部絶縁板６，下部絶縁板７を配設して鉄
にニッケルメッキしたケース８に挿入する。そして、正
極リード板２をチタン製の封口板９に、負極リード板４
をケース８の底部にそれぞれスポット溶接した後、所定
量の電解液をケース内に注入し、ガスケット１０を介し
て電池を封口板９で封口して完成電池とする。この電池
の寸法は直径８０ｍｍ，高さ９０ｍｍである。なお、１
１は電池の正極端子であり、負極端子は電池ケース８が
これを兼ねている。
【００１５】電解液は、エチレンカーボネートとジエチ
ルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に溶質と
して六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃度
で溶解したものを用いた。
ルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に溶質と
して六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃度
で溶解したものを用いた。
【００１６】ここで、電池構成時、活物質であるリチウ
ムは正極中に存在するため、電池の容量は正極の量で規
制される。本発明の下記に示す仕様で充放電した場合、
正極の１グラム当たりの容量は１２８ｍＡｈである。な
お、ＬｉＣｏＯ2 中のリチウムが全部反応した場合の理
論容量は１グラム当たり２７３ｍＡｈである。この正極
に対し、負極の１グラム当たりの容量を３６０ｍＡｈと
して、正負極容量比率を表１に示す８種類とし、極板が
占有できる限定された体積を表１に示す８種類の正負極
容量比率で割り振り、電池を各１０個作成し、環境温度
２０℃で充放電電流１１０ｍＡ，充電終始電圧４．２
Ｖ，放電終始電圧３．０Ｖで１０サイクル充放電した
後、５．０Ｖまで過充電し、その後、電池を分解して負
極の状態を観察した。その時の初期充放電時５サイクル
目の電池容量の平均と、過充電後の負極上への析出リチ
ウム発生率に着目した結果を表１および図２に示す。
ムは正極中に存在するため、電池の容量は正極の量で規
制される。本発明の下記に示す仕様で充放電した場合、
正極の１グラム当たりの容量は１２８ｍＡｈである。な
お、ＬｉＣｏＯ2 中のリチウムが全部反応した場合の理
論容量は１グラム当たり２７３ｍＡｈである。この正極
に対し、負極の１グラム当たりの容量を３６０ｍＡｈと
して、正負極容量比率を表１に示す８種類とし、極板が
占有できる限定された体積を表１に示す８種類の正負極
容量比率で割り振り、電池を各１０個作成し、環境温度
２０℃で充放電電流１１０ｍＡ，充電終始電圧４．２
Ｖ，放電終始電圧３．０Ｖで１０サイクル充放電した
後、５．０Ｖまで過充電し、その後、電池を分解して負
極の状態を観察した。その時の初期充放電時５サイクル
目の電池容量の平均と、過充電後の負極上への析出リチ
ウム発生率に着目した結果を表１および図２に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１および図２により明らかなように、初
期容量は正極の比率の減少に伴い、下がる傾向にある
が、特に比率が９以上になると、極端に容量が下がる。
これは負極の極板が厚くなりすぎて、集電が十分得られ
ず、負極の分極が大きいため、充放電が十分に進む前に
終止電圧に到達しているためと考えられる。従って、正
負極容量比率は８以下が望ましい。
期容量は正極の比率の減少に伴い、下がる傾向にある
が、特に比率が９以上になると、極端に容量が下がる。
これは負極の極板が厚くなりすぎて、集電が十分得られ
ず、負極の分極が大きいため、充放電が十分に進む前に
終止電圧に到達しているためと考えられる。従って、正
負極容量比率は８以下が望ましい。
【００１９】次に、安全性試験の結果、電池Ｎｏ．１〜
３で正負極容量比率が１〜３の場合、表１で明らかなよ
うに、過充電で負極上にリチウムの析出がみられた。こ
れは過充電時に負極の吸蔵能力を超える容量が充電され
たためと考えられる。通常、このような高い電圧まで充
電されることはないように周辺機器で保護されている
が、万が一機器が故障し、規制されない場合を想定する
と、正負極容量比率は４以上とすることが望ましい。
３で正負極容量比率が１〜３の場合、表１で明らかなよ
うに、過充電で負極上にリチウムの析出がみられた。こ
れは過充電時に負極の吸蔵能力を超える容量が充電され
たためと考えられる。通常、このような高い電圧まで充
電されることはないように周辺機器で保護されている
が、万が一機器が故障し、規制されない場合を想定する
と、正負極容量比率は４以上とすることが望ましい。
【００２０】以上の結果をまとめると、正負極容量比率
を４〜８とした場合、電池容量および安全性に優れた電
池が得られるものである。
を４〜８とした場合、電池容量および安全性に優れた電
池が得られるものである。
【００２１】なお、本実施例では正極にＬｉＣｏＯ2 を
用いたが、他のリチウム含有化合物、例えばＬｉＮｉＯ
2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ4 等の酸化物や、他の化合物でも同様
の効果が得られた。
用いたが、他のリチウム含有化合物、例えばＬｉＮｉＯ
2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ4 等の酸化物や、他の化合物でも同様
の効果が得られた。
【００２２】また、本実施例では負極に天然黒鉛を用い
たが、他の炭素類、あるいはリチウムを吸蔵，放出でき
る金属化合物でも同様の効果が得られた。
たが、他の炭素類、あるいはリチウムを吸蔵，放出でき
る金属化合物でも同様の効果が得られた。
【００２３】また、電解液としては従来より公知のもの
が使用できるが、黒鉛材料を負極に使用する場合、プロ
ピレンカーボネート（以下、ＰＣと略す）は充電時に分
解反応を起こしガス発生を伴う傾向があるために好まし
くなく、同様な環状カーボネートである本実施例で用い
たエチレンカーボネート（以下、ＥＣと略す）がＰＣの
場合のような副反応をほとんど伴わないため適している
といえる。しかしながら、ＥＣは非常に高融点であり、
常温では固体であるために単独溶媒での使用は困難であ
る。従って、低融点であり、かつ低粘性の溶媒である
１，２−ジメトキシエタンやジエチルカーボネート、さ
らにはプロピオン酸メチル等の脂肪族カルボン酸エステ
ルとの混合溶媒を用いることが好ましい。また、これら
の溶媒に溶解するＬｉ塩として本実施例では六フッ化リ
ン酸リチウムを用いたが、他のリチウム含有塩、例えば
ホウフッ化リチウム，過塩素酸リチウム等、従来より公
知のものを用いた場合でもほぼ同様の効果が得られた。
が使用できるが、黒鉛材料を負極に使用する場合、プロ
ピレンカーボネート（以下、ＰＣと略す）は充電時に分
解反応を起こしガス発生を伴う傾向があるために好まし
くなく、同様な環状カーボネートである本実施例で用い
たエチレンカーボネート（以下、ＥＣと略す）がＰＣの
場合のような副反応をほとんど伴わないため適している
といえる。しかしながら、ＥＣは非常に高融点であり、
常温では固体であるために単独溶媒での使用は困難であ
る。従って、低融点であり、かつ低粘性の溶媒である
１，２−ジメトキシエタンやジエチルカーボネート、さ
らにはプロピオン酸メチル等の脂肪族カルボン酸エステ
ルとの混合溶媒を用いることが好ましい。また、これら
の溶媒に溶解するＬｉ塩として本実施例では六フッ化リ
ン酸リチウムを用いたが、他のリチウム含有塩、例えば
ホウフッ化リチウム，過塩素酸リチウム等、従来より公
知のものを用いた場合でもほぼ同様の効果が得られた。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明のように本発明によれば、２
０Ａｈ以上である非水二次電池において、電池構成時
に、正極の容量に対する負極の容量を４倍から８倍とす
ることにより、正，負極のいずれもが極板作成時にある
程度の誤差を含んでいても安全性を高めることができ、
かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大きくできる
という有利な効果が得られる。
０Ａｈ以上である非水二次電池において、電池構成時
に、正極の容量に対する負極の容量を４倍から８倍とす
ることにより、正，負極のいずれもが極板作成時にある
程度の誤差を含んでいても安全性を高めることができ、
かつ周辺制御機器を簡単にし、電池体積を大きくできる
という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における円筒形電池の縦断面図
【図２】本発明の実施例における初期容量を示す線図
１ 正極 ２ 正極リード板 ３ 負極 ４ 負極リード板 ５ セパレータ ６ 上部絶縁板 ７ 下部絶縁板 ８ ケース ９ 封口板 １０ ガスケット １１ 正極端子
Claims (2)
- 【請求項１】 リチウム含有化合物の正極と、負極と、
リチウム塩を含む非水電解質とからなり、その公称容量
が２０Ａｈ以上である非水二次電池において、電池構成
時に正極の容量に対する負極の容量を４倍から８倍とし
たことを特徴とする非水二次電池。 - 【請求項２】 負極にリチウムを吸蔵，放出することが
できる炭素材料、もしくは金属化合物を用いた請求項１
記載の非水二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222112A JPH1064587A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 非水二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222112A JPH1064587A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 非水二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064587A true JPH1064587A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16777342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8222112A Pending JPH1064587A (ja) | 1996-08-23 | 1996-08-23 | 非水二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1064587A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203134A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Yuasa Corp | 電気化学デバイス |
| JP2009199761A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン電池 |
| WO2015064179A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
-
1996
- 1996-08-23 JP JP8222112A patent/JPH1064587A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203134A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Yuasa Corp | 電気化学デバイス |
| JP4715093B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2011-07-06 | 株式会社Ｇｓユアサ | 電気化学デバイス |
| JP2009199761A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン電池 |
| WO2015064179A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
| JP2015088354A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 株式会社豊田自動織機 | リチウムイオン二次電池 |
| CN105684206A (zh) * | 2013-10-31 | 2016-06-15 | 株式会社丰田自动织机 | 锂离子二次电池 |
| KR20160079033A (ko) * | 2013-10-31 | 2016-07-05 | 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 | 리튬 이온 2차 전지 |
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