JPH11224689A - 巻回式リチウム二次電池とその電極巻回体 - Google Patents

巻回式リチウム二次電池とその電極巻回体

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JPH11224689A
JPH11224689A JP10022479A JP2247998A JPH11224689A JP H11224689 A JPH11224689 A JP H11224689A JP 10022479 A JP10022479 A JP 10022479A JP 2247998 A JP2247998 A JP 2247998A JP H11224689 A JPH11224689 A JP H11224689A
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JP
Japan
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wound
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positive electrode
lithium secondary
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JP10022479A
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Tamotsu Yamamoto
保 山本
Kensuke Yoshida
賢介 吉田
Isao Watanabe
勲 渡辺
Tsutomu Miyashita
勉 宮下
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウム二次電池は充放電を繰り返し使用さ
れる。しかし特に充電時に負極に金属リチウムが析出し
負極に堆積される。そして正極が体積膨張した負極に押
圧されて切断される。結果として電池容量を低下させ
る。 【解決手段】 セパレータを介して負極と、正極とを巻
回した電極巻回体を有する巻回式リチウム二次電池にお
いて、前記電極巻回体を内側面から押圧する芯材を該電
極巻回体の空洞部に設けた巻回式リチウム二次電池を提
供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は巻回式リチウム二次電池
に係り、特に負極、セパレータ、正極を巻回した電極巻
回体の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】巻回式リチウム二次電池の電極巻回体は
セパレータを介して金属リチウムまたはリチウム合金を
活物質とした負極と、正極活物質合剤を集電体上に設け
た正極とを巻回したものである。例えばセパレータを介
して、負極、正極とを重ねた帯状体の先端を例えば製作
機械の巻取り芯に取り付け渦巻状に巻回する。そしてこ
のような電極巻回体を巻取り芯から取り外す。その後電
極巻回体の中心部が空洞部となった電極巻回体を缶内に
装着し、次に缶の封口部から電解液を注入し、さらにプ
レス機等で電池の注入口を封口する。そして例えば単3
サイズの巻回式リチウム二次電池がつくられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの巻回式リチウ
ム二次電池は繰り返し充放電して使用される。しかし充
電時に金属リチウムの負極上に樹枝状のデンドライトが
生成する。放電時には負極上に生成された樹枝状のデン
ドライトが消滅する。このために充電によって負極上の
樹枝状のデンドライトが生成されて体積膨張し、放電に
よってデンドライトが消滅して体積収縮を繰り返す。こ
の体積変化による力は電極巻回体中心の空洞部で吸収さ
れることになり電極巻回体中心の電極自由端部が空洞部
に向かって伸縮を繰り返し、ついにはこの電極巻回体の
先端部が弾性疲労にて切断される。この結果として電池
容量が低下する。
【0004】この電極巻回体の伸縮による電極切断防止
策として、特開平4−349368号公報には製作され
た電極巻回体の中心の空洞部に巻芯棒を挿入することを
記載している。しかしこのように製作された電極巻回体
の空洞部に巻芯棒を挿入しても電極巻回体と巻芯棒とに
隙間を生じる。この隙間で電極巻回体の先端部が繰り返
し伸縮変形する。この繰り返される伸縮変形による弾性
疲労により、ついにはこの電極巻回体の先端部が切断さ
れて電池容量が低下する。
【0005】本発明の目的は、充放電時の電極巻回体の
伸縮を抑制して、巻回体つまり各電極の切断をなくし、
結果として電池容量の低下を防止することのできる新し
い電池を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、セパレータを介して負極と、正極とを巻回した電極
巻回体を有する巻回式リチウム二次電池において、前記
電極巻回体を内側面から押圧する芯材を該電極巻回体の
空洞部に設けることを特徴とする巻回式リチウム二次電
池を提供する。この結果、電池容量の低下を防止するこ
とができる。
【0007】請求項2に記載の発明は、電極巻回体の芯
材はその外径を弾性縮小可能な円筒体であることを特徴
とする巻回式リチウム二次電池用の電極巻回体を提供す
る。従って、電極巻回体の伸縮を抑制でき各電極の切断
を防止することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。 <第1の実施例>図1は第1の実施例に係る電極巻回体
の立体構造図を示す。1は電極巻回体、2は芯材、3は
巻回部材である。
【0009】巻回部材3の中心空洞部に芯材2を圧着
し、芯材2の弾性力で巻回部材3の内側面を外側に向か
って押圧している。巻回部材3はセパレータを介して負
極と、正極合剤を集電体に設けた正極とを重ね渦巻状に
巻回したものである。具体的には負極は金属リチウムま
たはリチウム合金等である。
【0010】正極はアルミニウム箔の集電体両面にペー
スト状の正極合剤を塗布されたものである。正極合剤は
片面に厚さ約120μmで両面に塗布されるもので正極
活物質と導電剤と結着剤を溶媒で溶解したものである。
例えば正極活物質はLi CoO2 、Li Mn2O4 、Li
Ni O2 、Li Mn3O6 、Li V2 O5 等である。導電
剤はグラファイト及びアセチレンブラック等である。結
着剤はPVDF:ポリフッカビニリデン等である。溶媒はN
MP:N-メチルピロリドン等である。第1実施例ではL
i Co O2 (コバルト酸リチウム)とグラファイトとア
セチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとを91対3
対3対3(重量比)の割合で混合した正極合剤を使用し
た。
【0011】セパレータの材料は多孔質ポリエチレンで
あり、厚さ約25μmである。上述した巻回部材3を巻
回した結果、外形Dは約φ13.0mm、内形dは約φ
4.0mm、長さLは約44mmである。この巻回部材3は
従来技術で記述され電極巻回体と同じである。図2は第
1の実施例に係る芯材の立体構造図を示す。
【0012】芯材2の最終形状の断面は略円筒状である
が内容を理解しやすくするために略平坦に延ばした状態
で説明をする。芯材2はステンレス材料を円筒状に曲げ
たものからなり、厚さtは約0.2mm長さLは約44mm
で外径を弾性的に縮小可能な構成である。芯材2は前後
両端に略直角に曲がった挟持部21を左右対向した位置
に円筒内径部に4箇所設けられている。この挟持部21
の長さL1は先細ペンチ等の工具で挟持するのに適した
約1.5mmである。また芯材2の一端は前後両端の挟持
部21の間に延板部22を一体的に設けている。同じよ
うに他端にも前後両端の挟持部21の間に延板部23を
一体的に設けている。
【0013】次にこの巻回部材3の内形内に芯材2を装
着する。装着方法は巻回部材3の左右対向した位置の挟
持部21を先細ペンチ等の工具で挟持し、延板部22と
延板部23とを重ねた状態に芯材11の外径を縮小し、
巻回部材3の内径よりも小さくする。そして巻回部材3
の中心空洞部に挿入し、その後先細ペンチ等の工具を挟
持部21から外す。従って芯材2は弾性力にて拡張す
る。また重なった状態の延板部22と延板部23も拡張
される。そして延板部22の先端部24と延板部23の
先端部25が接して隙間をなくする。
【0014】この電極巻回体1を缶に装着し通常の組立
て、具体的には負極リード溶接、正極端子溶接を行なっ
た。そしてこの電池に電解液を注入した。電解液には1
モル/l LiPF6/EC+DECを用いた。そして電
池封口部を密封し単3サイズの筒型電池を作製した。こ
のような単3サイズの筒型電池の巻回部材3の内側面は
芯材2の弾性力にて押圧されているため、巻回部材12
と芯材11とに隙間を生じない。従って充放電を繰り返
しても巻回部材3の伸縮を抑制するので巻回部材3が切
断されることがない。結果として、電池容量の低下を防
止することができる。
【0015】<第2の実施例>第2の実施例は第1の実
施例で使用した芯材2の外径を縮小し延板部22の先端
部24と延板部23の先端部25が接した状態で製作機
械の巻取り芯に取り付ける。その後、この芯材2上に巻
回部材3を重ね渦巻状に巻回する。巻回を終了すると巻
回部材3と芯材2を一緒に製作機械より取り外す。以降
は第1の実施例と同様に単3サイズの筒型電池を製作す
る。この第2の実施例も第1の実施例と同様な効果を有
している。
【0016】<比較例>比較例の単3サイズの筒型電池
は従来技術の電極巻回体10の内径d約φ4.0mmに直
径約φ3.8mmの挿入棒を装着した以外、つまり電極巻
回体を内側面から押圧しない挿入棒を使用する以外は全
て同じ単3サイズの筒型電池である。 <電極切断試験>第1、2の実施例の電池を各5セル作
製する。また比較例の電池を5セル作製して、下記の条
件で電極切断の試験を行った。
【0017】1)充電:4.2 Vカットオフ、充電電流密
度0.3mA /平方cm 2)休止;1分間 3)放電:3.0 Vカットオフ、放電電流密度1mA/平方
cm 4)休止;1分間 5)上記1項から4項までを200回繰り返して各電池
の容量変化つまり電極切断を調べた。
【0018】<電極切断試験結果>充放電サイクルを2
00回行い試験した結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】第1実施例で作製した5セル全部共に電極
切れによる容量の急激な低下を示さなかった。しかし、
比較例で作製した5セルのうち3セルが電極切れによる
容量の急激な低下を示した。
【0021】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のような巻
回式リチウム二次電池は、充放電時の体積膨張、収縮に
よる電極巻回体の伸縮変形を抑制して、各電極の切断を
なくすことができる。結果として電池容量の低下を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電極巻回体の立体構造図、
【図2】 本発明に係る芯材の立体構造図である。
【符号の説明】 1 電極巻回体 2 芯材 3 巻回部材
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 勲 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 宮下 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレータを介して負極と、正極とを巻
    回した電極巻回体を有する巻回式リチウム二次電池にお
    いて、 前記電極巻回体を内側面から押圧する芯材を該電極巻回
    体の空洞部に設けることを特徴とする巻回式リチウム二
    次電池。
  2. 【請求項2】 前記電極巻回体の芯材はその外径を弾性
    縮小可能な円筒体であることを特徴とする請求項1に記
    載の巻回式リチウム二次電池用の電極巻回体。
JP10022479A 1998-02-04 1998-02-04 巻回式リチウム二次電池とその電極巻回体 Withdrawn JPH11224689A (ja)

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