JPH11283668A - リチウムイオン電池 - Google Patents
リチウムイオン電池Info
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- JPH11283668A JPH11283668A JP10083778A JP8377898A JPH11283668A JP H11283668 A JPH11283668 A JP H11283668A JP 10083778 A JP10083778 A JP 10083778A JP 8377898 A JP8377898 A JP 8377898A JP H11283668 A JPH11283668 A JP H11283668A
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Abstract
発生するのを抑制することにより、電池の膨らみを最小
限に抑えることができるリチウムイオン電池の提供を目
的とする。 【解決手段】 厚みが0.4mm以下の金属アルミニウ
ム又はアルミニウム合金から成る外装体を有し、この外
装体内に、リチウム含有複合酸化物を正極材料とする正
極と、格子面(002)面におけるd値(d002 )が
3.40Å以下の炭素材料を負極材料とする負極と、溶
媒及び溶質から成る電解液とが収納されたリチウムイオ
ン電池において、上記電解液の溶質として、下記化1に
示すリチウム塩とLiPF6 との混合リチウム塩が用い
られると共に、この混合リチウム塩におけるLiPF6
の割合が20モル%以下に規制されることを特徴とす
る。
Description
以下の金属アルミニウム又はアルミニウム合金から成る
外装体を有し、この外装体内に、リチウム含有複合酸化
物を正極材料とする正極と、格子面(002)面におけ
るd値(d002 )が3.40Å以下の炭素材料を負極材
料とする負極と、溶媒及び溶質から成る電解液とが収納
されたリチウムイオン電池に関する。
ては、鉄、ステンレスから成るものが用いられていた
が、このような外装体を用いた電池では、鉄等の比重が
大きいことに起因して、電池重量が増大するという課題
を有していた。そこで、外装缶に金属アルミニウム又は
アルミニウム合金(これらを総称して、アルミニウム材
料という)を用いることにより、電池の軽量化を達成
し、これによって電池の重量エネルギー密度の増大を図
るようなリチウムイオン電池が提案されている。
の溶質(リチウム塩)としては、一般的にLiPF6 が
用いられるが、このLiPF6 は負極材料である炭素材
料と反応してガスが発生し易く、特に、電池の高容量化
を図るべく負極材料として格子面(002)面における
d値(d002 )が3.40Å以下の炭素材料(結晶性が
高い、すなわち黒鉛化度が大きい炭素材料)を用いた場
合にはガスが多量に発生する。この場合、外装体として
鉄、ステンレスを用いた場合には、これら金属は強度が
大きいので、電池の膨れという課題は余り生じないが、
外装体として上記鉄等と同程度の厚み(0.4mm以
下)を有するアルミニウム材料を用いた場合には、アル
ミニウム材料は強度が小さいということに起因して、電
池の膨れという課題を生じる。この場合、アルミニウム
材料の厚みを大きくすることにより外装缶の強度を大き
くするようなことも考えられるが、これでは、電池の軽
量化を達成することができない。
に鑑みなされたものであって、電池の軽量化を図りつ
つ、電池内部でガスが発生するのを抑制することによ
り、電池の膨らみを最小限に抑えることができるリチウ
ムイオン電池の提供を目的とする。
に、本発明のうちで請求項1記載の発明は、厚みが0.
4mm以下の金属アルミニウム又はアルミニウム合金か
ら成る外装体を有し、この外装体内に、リチウム含有複
合酸化物を正極材料とする正極と、格子面(002)面
におけるd値(d002 )が3.40Å以下の炭素材料を
負極材料とする負極と、溶媒及び溶質から成る電解液と
が収納されたリチウムイオン電池において、上記電解液
の溶質として、下記化2に示すリチウム塩とLiPF6
との混合リチウム塩が用いられると共に、この混合リチ
ウム塩におけるLiPF6 の割合が20モル%以下に規
制されることを特徴とする。
02)面におけるd値(d002 )が3.40Å以下の炭
素材料と反応し難いので、このようなリチウム塩を用い
た電池では、電池内でのガス発生が大幅に低減する。但
し、上記化2に示すリチウム塩を単独で用いると電池容
量が小さくなるので、LiPF6 と混合して用いる必要
がある。その一方、LiPF6 の量が余り多くなると電
池内でのガス発生という問題が生じるので、混合リチウ
ム塩におけるLiPF6 の割合は20モル%以下に規制
する必要がある。
以上に規制するのは、nが1である場合には、アルミニ
ウムの腐食という問題が生じるからである。また、外装
缶にアルミニウム合金を用いる場合には、電池の軽量化
という観点より、アルミニウムの含有率が90%以上
(アルミニウム合金の比重が3以下)のものを用いるの
が望ましい。
の発明において、上記炭素材料が黒鉛であることを特徴
とする。このように、炭素材料として黒鉛を用いた場合
には、黒鉛は結晶性が高いということに起因して、電池
の高容量化を達成することができる。
2記載の発明において、上記化2に示すリチウム塩中の
nが2であることを特徴とする。実験により、化2に示
すリチウム塩中のnが3以上になると、電解液の導電性
が低下するという問題がある一方、上述の如くnが1で
ある場合にはアルミニウムの腐食という問題が生じるの
で、化2に示すリチウム塩中のnは2であることが望ま
しい。
又は3記載の発明において、上記外装缶の厚みが0.2
〜0.3mmであることを特徴とする。このように、外
装缶の厚みを極めて小さくすると、電池の軽量化という
目的が十分達成される一方、上記の如くガス発生という
課題は十分に解決されるので、外装缶の厚みを極めて小
さくしても電池の膨れという問題は生じない。
明する。
る正極と、黒鉛〔格子面(002)面におけるd値(d
002 )が3.35Å〕から成る負極と、これら両電極を
離間するセパレータとから成る発電要素を有しており、
この発電要素は、有底筒状の外装缶(Al3003から
成り、厚さは0.2mm)内に配置されている。この外
装缶内には、エチレンカーボネート(EC)とメチルエ
チルカーボネート(MEC)とが体積比で30:70の
割合で混合された混合溶媒に、LiPF6 が0.1M
(モル/リットル)の割合で、LiN(C2 F5 S
O2 )2 が0.9M(モル/リットル)の割合で各々溶
解された電解液が注入されている。
極端子に、また上記負極は負極集電タブを介して負極端
子にそれぞれ接続され、電池内部で生じた化学エネルギ
ーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようにな
っている。尚、この角型電池の大きさは、幅が30.0
mm、厚みが6.0mm、高さが48.0mm、となる
ように構成されている。
して作製した。先ず、正極活物質としてのLiCoO2
を90重量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5
重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5重
量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(N
MP)溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、
この正極用スラリーを正極集電体としてのアルミニウム
箔(厚さ:20μm)の両面に塗布した。その後、溶剤
を乾燥し、ローラーで所定の厚みにまで圧縮した後、所
定の幅及び長さになるように切断して、正極を作成し
た。
粉末を95重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリ
デンを5重量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合し
て負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを
負極集電体としての銅箔(厚さ:16μm)の両面に塗
布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで所定の厚み
にまで圧縮した後、所定の幅及び長さになるように切断
して、負極を作成した。次に、正負極をセパレータを介
して配置して発電要素を作製した後、これを外装缶内に
挿入し、更にこの外装缶内に、ECとMECとが体積比
で30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF
6 が0.1M(モル/リットル)の割合で、LiN(C
2 F5 SO2 )2 が0.9M(モル/リットル)の割合
で各々溶解された電解液を注入することにより、電池を
作製した。
他、例えば、LiNiO2 、LiMnO4 或いはこれら
の複合体等が好適に用いられ、また負極材料としては天
然黒鉛、人造黒鉛等が好適に用いられる。
施の形態に示す電池を用いた。このようにして作製した
電池を、以下、本発明電池A1と称する。
MのLiPF6 と0.8MのLiN(C2 F5 SO2 )
2 とを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作
製した。このようにして作製した電池を、以下、本発明
電池A2と称する。
5MのLiPF6 と0.95MのLiN(C2 F 5 SO
2 )2 とを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池
を作製した。このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池A3と称する。
MのLiPF6 と0.9MのLiN(C3 F7 SO2 )
2 とを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作
製した。このようにして作製した電池を、以下、本発明
電池A4と称する。
MのLiPF6 と0.9MのLiN(C4 F9 SO2 )
2 とを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作
製した。このようにして作製した電池を、以下、本発明
電池A5と称する。
LiPF6 を用いる他は、上記実施例1と同様にして電
池を作製した。このようにして作製した電池を、以下、
比較電池X1と称する。
MのLiPF6 と0.5MのLiN(C2 F5 SO2 )
2 とを用いる他は、上記実施例1と同様にして電池を作
製した。このようにして作製した電池を、以下、比較電
池X2と称する。
化させて電池を作製し、電解液の注液後の厚みに対する
電池充電後の電池厚みの増加量を調べたので、その結果
を表1に示す。尚、充電条件は、電流1Cで電池電圧
4.1Vまで充電するという条件である。
であれば厚みが0.2mmであっても電池厚みの増加は
殆どなく、また外装缶がアルミニウム材料であっても厚
みが0.5mmであれば電池厚みの増加は殆どない。こ
れに対して、外装缶がアルミニウム材料でしかも厚みが
0.4mm又は0.2mmであれば電池厚みが増加し、
特に厚みが0.2mmであれば大幅に増加していること
が認められる。但し、外装缶が鉄から構成されていた
り、外装缶がアルミニウム材料であっても厚みが大きけ
れば、電池の軽量化を図ることができない。したがっ
て、外装缶としては厚みの小さなアルミニウム材料を用
いるのが望ましい。
を作製した後、上記予備実験1と同様の条件で充電し、
電解液の注液後の厚みに対する電池充電後の電池厚みの
増加量を調べたので、その結果を表2に示す。
コークス〔d値(d002 )が3.45Å〕であれば電池
厚みの増加は殆どないのに対して、負極材料が黒鉛(d
値(d002 )が3.35Å〕であれば電池厚みが増加し
ていることが認められる。但し、負極材料としてコーク
スを用いた場合には、電池容量が低下するので、負極材
料としては黒鉛を用いるのが望ましい。そこで、上記予
備実験1及び2の結果を踏まえて、下記の本実験を行っ
た。
比較電池X1、X2において、上記予備実験1と同様の
条件で充電し、電解液の注液後の厚みに対する電池充電
後の電池厚みの増加量を調べたので、その結果を表3に
示す。
1、X2では電池厚みの増加量が0.25mm以上であ
るのに対して、本発明電池A1〜A5では電池厚みの増
加量が0.05mm以下と小さくなっていることが認め
られる。したがって、厚みが0.4mm以下(本発明電
池A1〜A5では0.2mm)のアルミニウム材料から
成る外装体を有していても、電解液の溶質として、Li
N(C2 F5 SO2 )2 等のリチウム塩とLiPF6 と
の混合リチウム塩が用いられ、且つこの混合リチウム塩
におけるLiPF6 の割合が20モル%以下に規制され
ていれば、充電後の電池厚みの増加量が少なくなること
がわかる。加えて、この場合、負極に黒鉛(d002 が
3.35Å)を用いているので、電池容量の低下を招く
こともない。
電池の軽量化を図りつつ、電池内部でガスが発生するの
を抑制することにより、電池の膨らみを最小限に抑える
ことができるといった優れた効果を奏する。
Claims (4)
- 【請求項1】 厚みが0.4mm以下の金属アルミニウ
ム又はアルミニウム合金から成る外装体を有し、この外
装体内に、リチウム含有複合酸化物を正極材料とする正
極と、格子面(002)面におけるd値(d002 )が
3.40Å以下の炭素材料を負極材料とする負極と、溶
媒及び溶質から成る電解液とが収納されたリチウムイオ
ン電池において、 上記電解液の溶質として、下記化1に示すリチウム塩と
LiPF6 との混合リチウム塩が用いられると共に、こ
の混合リチウム塩におけるLiPF6 の割合が20モル
%以下に規制されることを特徴とするリチウムイオン電
池。 【化1】 - 【請求項2】 上記炭素材料が黒鉛である、請求項1記
載のリチウムイオン電池。 - 【請求項3】 上記化1に示すリチウム塩中のnが2で
ある、請求項1又は2記載のリチウムイオン電池。 - 【請求項4】 上記外装缶の厚みが0.2〜0.3mm
である、請求項1、2又は3記載のリチウムイオン電
池。
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