JPH11111302A - 電池用電極とそれを用いた電池 - Google Patents

電池用電極とそれを用いた電池

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JPH11111302A
JPH11111302A JP9264726A JP26472697A JPH11111302A JP H11111302 A JPH11111302 A JP H11111302A JP 9264726 A JP9264726 A JP 9264726A JP 26472697 A JP26472697 A JP 26472697A JP H11111302 A JPH11111302 A JP H11111302A
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JP
Japan
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electrode
battery
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lithium
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JP9264726A
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English (en)
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Masatoshi Mashima
正利 真嶋
Hirotaka Yoshida
裕宇 吉田
Eriko Yagasaki
えり子 矢ケ崎
Toshiharu Tada
利春 多田
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Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • 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

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池の使用に伴って負極の電極周縁部にリチウ
ムデンドライトが析出することによって短絡事故が発生
し、短寿命に終わるという問題があった。また、負極を
正極より周囲を若干大きくすることによって、リチウム
デンドライトの析出を防止することが行われるが、電池
の高エネルギー密度化(小型化)には逆行するといった
問題点があった。 【解決手段】集電体の表面に活物質及び前記集電体の周
縁部に絶縁材料または電極活物質合材を被覆した電池用
電極とその電極に隔膜を介して正極を接触させた電池で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電池用電極とり
わけリチウムイオン電池における負極とそれを用いた電
池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器のポータブル化、コード
レス化が進んでいく中で、高エネルギー密度を有する二
次電池に関する期待が高まっている。このような背景で
リチウムイオン電池が開発され携帯電話やビデオ等への
搭載されている。リチウムイオン電池は正極に例えばコ
バルト酸リチウム(LiCoO2)、負極に炭素、電解質にリチ
ウム塩を溶解した有機溶媒が利用される。この電池の充
放電反応は、充電時には、正極に保持されたリチウムイ
オンが脱インターカレートし、一方負極の炭素にはリチ
ウムイオンが吸蔵され,放電時に負極に吸蔵されたリチ
ウムイオンがリチウムイオンの状態で放出され―方正極
にはリチウムイオンがインターカレートすることにより
進行する。
【0003】電池反応式は次の適りである。 正極:LiCoO2ーーーーーー⇒LiXー1CoO2+XL
++Xe- 負極:C+XLi++Xe-ーー−⇒CLiX 式1中e-は電子を表しておりCは炭素を表している。
【0004】このようなリチウムイオン電池は単セルで
3〜4Vの高い電圧が得られ高エネルギー密度、高エネル
ギー効率を有し、更に負極にリチウム金属を利用する場
合と比較し、安全性が高く、サイクル寿命が長いという
優れた特性を示す。
【0005】この種の二次電池の正極には上記のリチウ
ムコバルト酸化物(LiCoO2)の他ニッケル、マンガン、モ
リブデン、バナジウムなどの酸化物、硫化物,セレン化
物等が研究されている。負極には、例えばコークス、樹
脂焼成体、炭素繊維、熱分解炭素、天然黒鉛、メソフェ
ーズ小球体などのリチウムイオンを吸蔵,放出する炭素
材料が利用されている。この種の炭素材料を利用するこ
とにより金属リチウムを利用した場合と比較し、リチウ
ムと電解液との反応やデンドライト状の析出が抑制でき
負極特性を改善することが可能である。電解質には、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、ジメチルカーボネート,1、2-ジメトキ
シエタン、テトラヒドロフランなどの有機溶媒にLiClO
4、LiBF4、LiPF6,LiAsF6等の非水電解液やリチウムイオン
伝導性の固体電解質などが利用できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン電池で
は、負極に金属リチウムを用いていたリチウム電池に比
べると、充放電に伴うリチウムデンドライト問題は格段
に改善された。しかしながらこれまでは電池の使用に伴
って負極の電極周縁部にリチウムデンドライトがいわば
放射状に析出することによって例えば隔膜を突き破り正
極に接触して短絡事故が発生し、短寿命に終わるという
問題があった。
【0007】さらに、リチウムデンドライト析出による
内部短絡のため電池が突然死するだけでなく、急激な発
熱による発火、爆発など安全面でも問題があった。この
現象は詳しくは判らないが、電極の周縁部に電界が集中
するために起こると考えられる。またこの傾向は、電池
が大型化するほど顕著であると考えられる。
【0008】そこで、負極を正極より周囲を若干大きく
することによって、リチウムデンドライト析出を防止す
ることが行われているが、正極より周囲を若干大きくす
ると、求められる電池の高エネルギー密度化とは逆行す
るといった問題点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
を解決するためになされたもので、とりわけ負極の電極
周縁部を絶縁体もしくは電極活物質合材の材料で被覆す
ることにより、電極周縁部でのリチウムデンドライトの
析出を抑制し、長寿命、且つ、高安全性を有するリチウ
ムイオン電池用電極を提供しうるようにしたものであ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】例えば正極活物質としてはリチウ
ムイオンの吸蔵・放出が可能な五酸化バナジウム、ニ酸
化マンガン、三酸化モリブデンのような遷移金属酸化物
や、硫化鉄等の遷移金属カルコゲン化合物、さらにはこ
れらとリチウムの複合化合物を用いることができるが、
LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiA10.25Ni0.75O2、LiFe
O2がより好ましく用いられる。
【0011】負極活物質としてはリチウムイオンの吸蔵
・放出が可能な錫系酸化物、カーボンが用いられるが、
コークス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱分解炭素、天然黒
鉛、メソフェーズ小球体がより好ましく用いられる。
【0012】また、バインダーとしては、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリテトラフッ化エチレン、フッ素ゴム、等
のフッ素樹脂が用いるが、これらに限るものではない。
【0013】電解質には、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、ジメチル
カーボネート、1、2-ジメトキシエタン,テトラヒドロフ
ランなどの有機溶媒にLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6等の
非水電解液やリチウムイオン伝導性の固体電解質などが
利用できる。
【0014】電極周縁部を被覆する材料としては、特に
限定されないが、ポリフッ化ビニリデンをn-メチル‐2
ピロリドン溶剤でぺーストとしたものや、天然黒鉛とポ
リフッ化ビニリデンをn-メチル-2ピロリドン溶剤でぺー
ストとしたものが、好ましく利用できる。
【0015】また、電極周縁部へのぺーストの塗着は、
絵の具筆やガラス棒などを用いて塗る方法や、電極をぺ
ーストに浸漬する方法、ぺーストをスプレーする方法な
どが好ましい。なお、活物質合材における結着剤の重量
混合比は5%〜50%である。5%未満では、接着力が
小さいことから、接着の効果が得られず、50%を超え
ると顕著にリチウムイオンを収蔵しにくくなり、デンド
ライトを析出しやすくなるからである。
【0016】
【実施例】以下この発明の実施例を説明する。図1は、
この発明の実施例に係るリチウムイオン電池用電極の斜
視図であり、図2はその断面図である。図面に基づいて
説明すると、リチウムイオン電池の電極1は、集電体3
の表面に活物質層4と集電体3の周縁部に絶縁材料また
は電極活物質合材の処理層5を被覆したものであり、集
電体3の一部に電極端子2が露出している。電極活物質
合材は、活物質と結着剤と導電剤とからなる活物質合剤
層を備えたものである。
【0017】まず、正極,負極は、それぞれ次に示す条
件で作製した。 (正極1)正極活物質のLiCoO2粉末1O0重量部に、グラファ
イト10重量部、ポリフッ化ビニリデン1O重量部を混合
し、Nーメチルー2ーピロリドンに溶解した後、ぺースト
状にした。次に、このぺーストを厚さ20μmのアルミ箔
の両面に塗工し、乾燥後、ローラープレスした。このよ
うにして厚さ0.18mm,幅5Omm,長さ50mmの極板を作製し
た。
【0018】(正極2)(正極2)は(正極1)の条件で作製し
た電極周縁部を、さらに絶縁材料としてポリフッ化ビニ
リデン20重量部とNーメチル-2―ピロリドン10O重量部か
らなるぺーストで被覆して得られた。
【0019】(負極1)リン状天然黒鉛粉末1O0重量部に、
ポリフッ化ビニリデン20重量部を混合し、N-メチルー2
ーピロリドンに溶解した後、ぺースト状にした。このぺ
ーストを厚さ20μmの銅箔の両面に塗工し、乾燥後、ロ
ーラープレスした。このようにして厚さ0.20mm,幅50mm,
長さ50mmの極板を作製した。
【0020】(負極2)(負極2)は(負極1)の条件で作製し
た電極周縁部を、さらに電極活物質合材としてポリフッ
化ビニリデン25重量部と天然黒鉛75重量部とN―メチル-
2-ピロリドン550重量部からなるぺーストで被覆して得
られた。
【0021】(実施例1)正極を(正極2)の条件で、負極を
(負極2)の条件で作製したものを使用し、電解液には、
エチレンカーボネートとジエチルカ―ボネ―トを1:1の
体積比率で混合し、六フッ化リン酸リチウムを1mo1/lと
なるように溶解したものを使用した。このようにして得
られた正,負極板にそれぞれリードを取り付け厚さ0.025
mm、幅56mm,長さ56mmのポリエチレンの隔膜とともに複
数枚積層して、極板群を構成し、幅80mm、長さ80mm,高
さ8Ommの電池ケース内に収納した。これに電解液を加え
た後、封口して試験電池とした。
【0022】(実施例2)正極を(正極2)の条件で、負極を
(負極1)の条件で作製したものを使用したこと以外は、
実施例1と全く同様に試験電池を作製した。
【0023】(実施例3)正極を(正極1)の条件で、負極を
(負極2)の条件で作製したものを使用したこと以外は、
実施例1と全く同様に試験電池を作製した。
【0024】(比較例1)正極を(正極1)の条件で、負極を
(負極1)の条件で作製したものを使用したこと以外は、
実施例1と全く同様に試験電池を作製した。
【0025】実施例1、2及び比較例1、2については、正極
リードと負極リードを外部充放電電源に接続し、電流25
0mAで4.2Vまで充電、電流250mAで3.0Vまで放電させる条
件でサイクル試験を実施し、サイクルに伴う放電容量の
変化により評価した。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、リチウムイオンを
吸蔵・放出可能な活物質を正負極に用い、さらに電極周
縁部へポリフッ化ビニリデンをn-メチル-2-ピロリドン
溶剤でぺーストとしたものや、天然黒鉛とポリフッ化ビ
ニリデンをn-メチル-2-ピロリドン溶剤でぺーストとし
たものを被覆処理しているので、リチウムデンドライト
は析出しないから、容量低下が少なく長寿命なリチウム
イオン電池が得られる。また、負極と正極のサイズを同
じにすることが出来るので、電池の高エネルギー密度化
(小型化)に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電極電斜視図である。
【図2】本発明の電極の断面図である。
【符号の説明】
1:電極 2:電極端子 3:集電体 4:活物質層 5:処理層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢ケ崎 えり子 大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 多田 利春 大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電 力株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集電体の表面に活物質及び前記集電体の周
    縁部に絶縁材料または電極活物質合材を被覆してなるこ
    とを特徴とする電池用電極。
  2. 【請求項2】電池用電極は、リチウムイオン電池の負極
    である請求項1に記載の電池用電極。
  3. 【請求項3】活物質合材中の結着剤の重量混合比が5%〜
    50%である請求項1に記載の電池用電極。
  4. 【請求項4】絶縁材料が、ポリフッ化ビニリデンフィル
    ムである請求項1に記載の電池用電極。
  5. 【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記
    載の電極に隔膜を介して正極を接触させてなることを特
    徴とする電池。
JP9264726A 1997-09-30 1997-09-30 電池用電極とそれを用いた電池 Ceased JPH11111302A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110544762A (zh) * 2018-05-29 2019-12-06 深圳格林德能源有限公司 一种抑制软包装锂离子电芯周边膨胀的涂膜及其制备方法

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