JPH1197068A - 電 池 - Google Patents
電 池Info
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- JPH1197068A JPH1197068A JP9256760A JP25676097A JPH1197068A JP H1197068 A JPH1197068 A JP H1197068A JP 9256760 A JP9256760 A JP 9256760A JP 25676097 A JP25676097 A JP 25676097A JP H1197068 A JPH1197068 A JP H1197068A
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- Japan
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- battery
- insulator
- conductor
- positive electrode
- negative electrode
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- Y—GENERAL 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
- 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
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Landscapes
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高容量、かつ、安全性の高い電池を提供する。
【解決手段】正極、負極からなる電極体を用いた電池で
あって、該電極体の外周面の一部分もしくは全部に、正
極と電気的に接続された導電体Aと、負極と電気的に接
続された導電体Bが絶縁体Cをはさんで対向している電
池において、前記導電体Aと導電体Bのうち内周面に配
された導電体の内周側に絶縁体Cと材質の異なる絶縁体
Dが配されていることを特徴とする電池。
あって、該電極体の外周面の一部分もしくは全部に、正
極と電気的に接続された導電体Aと、負極と電気的に接
続された導電体Bが絶縁体Cをはさんで対向している電
池において、前記導電体Aと導電体Bのうち内周面に配
された導電体の内周側に絶縁体Cと材質の異なる絶縁体
Dが配されていることを特徴とする電池。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、正極、負極からな
る電極体を用いた電池に関するものである。
る電極体を用いた電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ビデオカメラ、携帯電話、ノート
型パソコン等のポータブル機器の普及に伴い、小型かつ
軽量で高容量の二次電池に対する需要が高まりつつあ
る。現在使用されている二次電池の多くはアルカリ電解
液を用いたニッケル−カドミウム電池であるが、平均電
池電圧が1.2Vと低いため、エネルギー密度を高くす
ることは困難である。そのため、負極に最も卑な金属で
あるリチウム金属を使用して、高エネルギー二次電池の
研究が行われてきた。
型パソコン等のポータブル機器の普及に伴い、小型かつ
軽量で高容量の二次電池に対する需要が高まりつつあ
る。現在使用されている二次電池の多くはアルカリ電解
液を用いたニッケル−カドミウム電池であるが、平均電
池電圧が1.2Vと低いため、エネルギー密度を高くす
ることは困難である。そのため、負極に最も卑な金属で
あるリチウム金属を使用して、高エネルギー二次電池の
研究が行われてきた。
【0003】ところが、リチウム金属を負極に使用する
二次電池では充放電の繰り返しによってリチウムが樹枝
状(デンドライト)に成長し、短絡を起こして発火する
危険性がある。また、活性の高い金属リチウムを使用す
るため、本質的に危険性が高く、民生用として使用する
には問題が多い。
二次電池では充放電の繰り返しによってリチウムが樹枝
状(デンドライト)に成長し、短絡を起こして発火する
危険性がある。また、活性の高い金属リチウムを使用す
るため、本質的に危険性が高く、民生用として使用する
には問題が多い。
【0004】近年、このような安全性の問題を解決し、
かつリチウム電極特有の高エネルギーが可能なものとし
て、各種炭素質材料を用いたリチウムイオン二次電池が
考案されている。この方法では、充電時、炭素質材料に
リチウムイオンが吸蔵(ドーピング)され、金属リチウ
ムと同電位になり金属リチウムの代わりに負極に使用す
ることができることを利用したものである。また、放電
時にはドープされたリチウムイオンが負極から放出(脱
ドーピング)されて元の炭素質材料に戻る。
かつリチウム電極特有の高エネルギーが可能なものとし
て、各種炭素質材料を用いたリチウムイオン二次電池が
考案されている。この方法では、充電時、炭素質材料に
リチウムイオンが吸蔵(ドーピング)され、金属リチウ
ムと同電位になり金属リチウムの代わりに負極に使用す
ることができることを利用したものである。また、放電
時にはドープされたリチウムイオンが負極から放出(脱
ドーピング)されて元の炭素質材料に戻る。
【0005】上記の炭素質材料へのリチウムイオンのド
ーピングを利用した電極を利用した二次電池としては、
特開昭57−208079号公報、特開昭58−931
76号公報、特開昭58−192266号公報、特開昭
62−90863号公報、特開昭62−122066号
公報、特開平2−66856号公報などが知られてい
る。
ーピングを利用した電極を利用した二次電池としては、
特開昭57−208079号公報、特開昭58−931
76号公報、特開昭58−192266号公報、特開昭
62−90863号公報、特開昭62−122066号
公報、特開平2−66856号公報などが知られてい
る。
【0006】これら、リチウムイオン二次電池に用いら
れる電極体の形状としては、正極、負極をシート状にし
て、セパレータとともにスパイラル状に巻き込んだ形状
をとるのが一般的である。また、正極シート、負極シー
トは、集電体の両面もしくは片面に活物質、導電材、結
着材などからなる電極材料を塗布したものが一般的であ
る。
れる電極体の形状としては、正極、負極をシート状にし
て、セパレータとともにスパイラル状に巻き込んだ形状
をとるのが一般的である。また、正極シート、負極シー
トは、集電体の両面もしくは片面に活物質、導電材、結
着材などからなる電極材料を塗布したものが一般的であ
る。
【0007】さらに、リチウムイオンをドーピングする
ことが可能な炭素質材料を負極として用いた場合には、
金属リチウムを使用しないため、デンドライト生成の問
題も小さく、安全性にも優れているという利点があり、
現在、活発に研究が行われている。
ことが可能な炭素質材料を負極として用いた場合には、
金属リチウムを使用しないため、デンドライト生成の問
題も小さく、安全性にも優れているという利点があり、
現在、活発に研究が行われている。
【0008】ただし、リチウムイオン二次電池が金属リ
チウムを用いた電池よりも安全とはいえ、電解液には非
水系有機溶媒を用いており、高温放置や短絡のような電
池温度が上昇する場合、従来のニッケル−カドミウム電
池のような水系電解液を用いた電池では生じない電解液
の発火やそれによる電池の破裂を生じる危険性がある。
チウムを用いた電池よりも安全とはいえ、電解液には非
水系有機溶媒を用いており、高温放置や短絡のような電
池温度が上昇する場合、従来のニッケル−カドミウム電
池のような水系電解液を用いた電池では生じない電解液
の発火やそれによる電池の破裂を生じる危険性がある。
【0009】さらに、最近の携帯用機器の高性能化や電
池に対する高容量化や高負荷特性といった要求特性の増
大によって、さらに高性能の電池が要求されるようにな
っている。この要求を達成するため、次々とエネルギー
密度の高い正極材料、負極材料が開発され、さらに、エ
ネルギー密度の高い電池が得られるようになってきた。
その結果、前述したような安全対策では、外部の圧力な
どによる電池の圧壊などの過酷な状況における安全性が
十分に確保できにくくなってきた。
池に対する高容量化や高負荷特性といった要求特性の増
大によって、さらに高性能の電池が要求されるようにな
っている。この要求を達成するため、次々とエネルギー
密度の高い正極材料、負極材料が開発され、さらに、エ
ネルギー密度の高い電池が得られるようになってきた。
その結果、前述したような安全対策では、外部の圧力な
どによる電池の圧壊などの過酷な状況における安全性が
十分に確保できにくくなってきた。
【0010】従って、発火を防止するために、できるだ
け難燃性の電解液を使用したり、正極材料、負極材料の
組成、粒子径、電池容器への充填量を制御する等といっ
た一次的な安全対策や、温度上昇時にセパレータが溶融
することによって細孔を閉塞させ放電を減らす、電池缶
や封口体に内圧上昇に対する放圧機構を設ける、大電流
に対する遮断機構を設ける、といった二次的な安全対策
をとることによって電池の安全性を向上させている。
け難燃性の電解液を使用したり、正極材料、負極材料の
組成、粒子径、電池容器への充填量を制御する等といっ
た一次的な安全対策や、温度上昇時にセパレータが溶融
することによって細孔を閉塞させ放電を減らす、電池缶
や封口体に内圧上昇に対する放圧機構を設ける、大電流
に対する遮断機構を設ける、といった二次的な安全対策
をとることによって電池の安全性を向上させている。
【0011】また、電池の安全を確保する観点からし
て、とくに厳しい異常事態としては、外部からの圧力で
電池が変形し、内部短絡から発熱、発火へ至るケースで
ある。この場合、短絡が電極材料を通して生じる場合で
は、抵抗が大きいために発熱しやすい。さらに、加熱す
ることによって発火しやすい正負極活物質が発熱箇所に
存在するため、内部短絡の発生を抵抗の小さい金属同士
で生じるように、正負極の集電体同士を対向させる方法
も採る方法が効果的な例として挙げられる。
て、とくに厳しい異常事態としては、外部からの圧力で
電池が変形し、内部短絡から発熱、発火へ至るケースで
ある。この場合、短絡が電極材料を通して生じる場合で
は、抵抗が大きいために発熱しやすい。さらに、加熱す
ることによって発火しやすい正負極活物質が発熱箇所に
存在するため、内部短絡の発生を抵抗の小さい金属同士
で生じるように、正負極の集電体同士を対向させる方法
も採る方法が効果的な例として挙げられる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この方法を採る場合、
電極体の最外周に正極集電体と負極集電体をセパレータ
を介して対向させる方法が一般的であるが、この方法で
は、電極体の硬さや電極体内部の短絡しやすさによって
は、最外周に配された正負極集電体よりも先に、内部の
正極材料と負極材料が短絡する場合があり、外部からの
圧力に対する十分な安全性を確保できなかった。
電極体の最外周に正極集電体と負極集電体をセパレータ
を介して対向させる方法が一般的であるが、この方法で
は、電極体の硬さや電極体内部の短絡しやすさによって
は、最外周に配された正負極集電体よりも先に、内部の
正極材料と負極材料が短絡する場合があり、外部からの
圧力に対する十分な安全性を確保できなかった。
【0013】本発明の目的は、高容量で安全性の高い電
池を提供することにある。
池を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、正極、負極か
らなる電極体を用いた電池であって、該電極体の外周面
の一部分もしくは全部に、正極と電気的に接続された導
電体Aと、負極と電気的に接続された導電体Bが絶縁体
Cをはさんで対向している電池において、前記導電体A
と導電体Bのうち内周面に配された導電体の内周側に絶
縁体Cと材質の異なる絶縁体Dが配されていることを特
徴とする電池により基本的に達成される。
らなる電極体を用いた電池であって、該電極体の外周面
の一部分もしくは全部に、正極と電気的に接続された導
電体Aと、負極と電気的に接続された導電体Bが絶縁体
Cをはさんで対向している電池において、前記導電体A
と導電体Bのうち内周面に配された導電体の内周側に絶
縁体Cと材質の異なる絶縁体Dが配されていることを特
徴とする電池により基本的に達成される。
【0015】
【発明の実施の形態】すなわち、絶縁体外部から電池に
対して機械的圧力が加えられた場合に、絶縁体Cが最初
に破損し、導電体Aと導電体Bの間において正極と負極
を短絡させることによって電池の安全性を高めることを
目的としたものである。これにより、導電体Aと導電体
Bの間で短絡させることにより、低抵抗の短絡を生じさ
せることができ、その結果、正極材料と負極材料の間で
生じる比較的抵抗の高い短絡に比較して発熱を抑制する
ことが可能となるとともに、正極材料や負極材料の直接
的な発熱を防止できるので、正極材料、負極材料の発
火、熱暴走の危険性も小さくなる。さらに、導電体Aと
導電体Bを電極体の外部に配することにより、導電体A
と導電体Bの間で生じた熱が電極体内部に及ぶ程度を減
少させることができ、正極材料や負極材料が発火、熱暴
走に至るのを防止することが可能となる。
対して機械的圧力が加えられた場合に、絶縁体Cが最初
に破損し、導電体Aと導電体Bの間において正極と負極
を短絡させることによって電池の安全性を高めることを
目的としたものである。これにより、導電体Aと導電体
Bの間で短絡させることにより、低抵抗の短絡を生じさ
せることができ、その結果、正極材料と負極材料の間で
生じる比較的抵抗の高い短絡に比較して発熱を抑制する
ことが可能となるとともに、正極材料や負極材料の直接
的な発熱を防止できるので、正極材料、負極材料の発
火、熱暴走の危険性も小さくなる。さらに、導電体Aと
導電体Bを電極体の外部に配することにより、導電体A
と導電体Bの間で生じた熱が電極体内部に及ぶ程度を減
少させることができ、正極材料や負極材料が発火、熱暴
走に至るのを防止することが可能となる。
【0016】ここで、これらの考え方に基づいて電池を
製造する場合、通常の使用状態で正負極が短絡しないよ
うにしなければならないのは当然であるが、すなわち、
図1に横断面図の一部を例示するように、導電体A
(1)と導電体B(3)の間に絶縁体C(2)が存在
し、さらに導電体A(1)、B(3)と電極体(5)の
間に絶縁体D(4)が存在させるものである。ここで、
本発明の目的であるところの、外圧が加わった際に「正
極と電気的に接続された導電体A(1)と、負極と電気
的に接続された導電体B(3)」をはじめに短絡させる
ためには、絶縁体C(2)がはじめに破損することが必
要とされる。従って、この目的を達成するために、本発
明による絶縁体C(2)と絶縁体D(4)を異なる材質
にすることが効果的である。
製造する場合、通常の使用状態で正負極が短絡しないよ
うにしなければならないのは当然であるが、すなわち、
図1に横断面図の一部を例示するように、導電体A
(1)と導電体B(3)の間に絶縁体C(2)が存在
し、さらに導電体A(1)、B(3)と電極体(5)の
間に絶縁体D(4)が存在させるものである。ここで、
本発明の目的であるところの、外圧が加わった際に「正
極と電気的に接続された導電体A(1)と、負極と電気
的に接続された導電体B(3)」をはじめに短絡させる
ためには、絶縁体C(2)がはじめに破損することが必
要とされる。従って、この目的を達成するために、本発
明による絶縁体C(2)と絶縁体D(4)を異なる材質
にすることが効果的である。
【0017】ここでいうところの異なる材質とは、例え
ば、ポリエチレンとポリプロピレンといった分子構造が
異なるものをはじめ、同一の素材でも厚みが異なった
り、延伸方向や延伸度を変えることによったり、本発明
の趣旨を達成させるための機械的特性を変化させること
ができれば特に限定されるものではないが、絶縁体Cと
絶縁体Dの材質を選定するにあたり、絶縁体C(2)の
方が絶縁体Dよりも破損しやすくする方策として、本発
明者らが鋭意検討を行った結果、次のようなことが効果
が高いことが判明した。
ば、ポリエチレンとポリプロピレンといった分子構造が
異なるものをはじめ、同一の素材でも厚みが異なった
り、延伸方向や延伸度を変えることによったり、本発明
の趣旨を達成させるための機械的特性を変化させること
ができれば特に限定されるものではないが、絶縁体Cと
絶縁体Dの材質を選定するにあたり、絶縁体C(2)の
方が絶縁体Dよりも破損しやすくする方策として、本発
明者らが鋭意検討を行った結果、次のようなことが効果
が高いことが判明した。
【0018】1)絶縁体Cを絶縁体Dよりも伸度が小さ
い材質とする。
い材質とする。
【0019】2)絶縁体Cを絶縁体Dよりも強度が小さ
い材質とする。
い材質とする。
【0020】3)絶縁体Cを絶縁体Dよりも融点が低い
材質とする。
材質とする。
【0021】4)絶縁体Cを絶縁体Dよりも空隙率の高
い材質とする。
い材質とする。
【0022】ここで用いる絶縁体としても特に限定され
るものではなく、電気的に導通しないものであればよ
く、代表的な素材としては、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメタクリ
レート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリテトラ
フルオロエチレンなどが挙げられる。
るものではなく、電気的に導通しないものであればよ
く、代表的な素材としては、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメタクリ
レート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリテトラ
フルオロエチレンなどが挙げられる。
【0023】また、本発明における導電体A、導電体B
は、それぞれ正極集電体、負極集電体と電気的に接続さ
れることから、正極、負極と等電位にさらされることに
なる。したがって、それぞれの電位において安定である
ものであり、導電体Aは正極と同じ、導電体Bは負極と
同じ素材を用いるのが好ましい。
は、それぞれ正極集電体、負極集電体と電気的に接続さ
れることから、正極、負極と等電位にさらされることに
なる。したがって、それぞれの電位において安定である
ものであり、導電体Aは正極と同じ、導電体Bは負極と
同じ素材を用いるのが好ましい。
【0024】さらに、本発明の性質からして、該導電体
Aと導電体Bの片方に導電性材料からなる電池外装容器
を用いることも可能である。
Aと導電体Bの片方に導電性材料からなる電池外装容器
を用いることも可能である。
【0025】ところで、本発明に用いられる電池は、正
極、負極からなる電極体を用いた電池であれば特に制限
はないが、前述したように、高エネルギー密度を要求す
る携帯用機器搭載用の電池として、炭素質材料へのカチ
オンあるいはアニオンのドーピングを利用した二次電池
が効果的である。
極、負極からなる電極体を用いた電池であれば特に制限
はないが、前述したように、高エネルギー密度を要求す
る携帯用機器搭載用の電池として、炭素質材料へのカチ
オンあるいはアニオンのドーピングを利用した二次電池
が効果的である。
【0026】これらの電池の場合、すなわち、アルカリ
金属塩を含む非水電解液二次電池に用いる場合には、ア
ルカリ金属やカチオンがドープされる炭素質材料を負極
に、アニオンがドープされる材料を正極に用いることと
なる。
金属塩を含む非水電解液二次電池に用いる場合には、ア
ルカリ金属やカチオンがドープされる炭素質材料を負極
に、アニオンがドープされる材料を正極に用いることと
なる。
【0027】また、正・負極材料は、基本的に容量を発
現するための活物質を主成分とし、結着材、導電材など
の副成分により構成されるが、特に限定されるものでは
ない。
現するための活物質を主成分とし、結着材、導電材など
の副成分により構成されるが、特に限定されるものでは
ない。
【0028】正極活物質としては、アルカリ金属を含む
遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合
物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニ
レンビニレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオ
フェンなどの共役系高分子、ジスルフィド結合を有する
架橋高分子、塩化チオニルなど、通常の二次電池におい
て用いられる正極活物質を挙げることができる。
遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無機化合
物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニ
レンビニレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオ
フェンなどの共役系高分子、ジスルフィド結合を有する
架橋高分子、塩化チオニルなど、通常の二次電池におい
て用いられる正極活物質を挙げることができる。
【0029】これらの中で、リチウム塩を含む非水電解
液を用いた二次電池の場合には、コバルト、ニッケル、
マンガン、モリブデン、バナジウム、クロム、鉄、銅、
チタンなどの遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンが好
ましく用いられる。特に、LiCoO2 、LiNi
O2 、LiMn2 O4 、Liy Ni1-x Mex O2 (M
e:Ti、V、Mn、Feのいずれか)、Li1-x-a A
x Ni1-y-b By O2 (ただし、Aは少なくとも、1種
類のアルカリもしくはアルカリ土類金属元素、Bは少な
くとも1種類の遷移金属元素)は、電圧が高く、エネル
ギー密度も大きいために、最も好ましく使用され、本発
明の適用に対し、最も効果の高い正極材料である。特
に、Li1-x-a Ax Ni1-y-b By O2 においては、0
<x≦0.1、0≦y≦0.3、−0.1≦a≦0.
1、−0.15≦b≦0.15(ただし、A,Bが2種
類以上の元素からなる場合は、xはLiを除くアルカリ
もしくはアルカリ土類金属の、yはNiを除く全遷移金
属元素の総モル数、y=0の場合、Aは少なくとも1種
類以上のアルカリ土類金属を含む)とすることにより、
優れた特性の正極活物質を得ることができる。
液を用いた二次電池の場合には、コバルト、ニッケル、
マンガン、モリブデン、バナジウム、クロム、鉄、銅、
チタンなどの遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンが好
ましく用いられる。特に、LiCoO2 、LiNi
O2 、LiMn2 O4 、Liy Ni1-x Mex O2 (M
e:Ti、V、Mn、Feのいずれか)、Li1-x-a A
x Ni1-y-b By O2 (ただし、Aは少なくとも、1種
類のアルカリもしくはアルカリ土類金属元素、Bは少な
くとも1種類の遷移金属元素)は、電圧が高く、エネル
ギー密度も大きいために、最も好ましく使用され、本発
明の適用に対し、最も効果の高い正極材料である。特
に、Li1-x-a Ax Ni1-y-b By O2 においては、0
<x≦0.1、0≦y≦0.3、−0.1≦a≦0.
1、−0.15≦b≦0.15(ただし、A,Bが2種
類以上の元素からなる場合は、xはLiを除くアルカリ
もしくはアルカリ土類金属の、yはNiを除く全遷移金
属元素の総モル数、y=0の場合、Aは少なくとも1種
類以上のアルカリ土類金属を含む)とすることにより、
優れた特性の正極活物質を得ることができる。
【0030】負極活物質として用いられる炭素材料とし
ても、炭素質材料として、炭素繊維、人造あるいは天然
の黒鉛粉末、フッ化カーボン、金属あるいは金属酸化物
などの無機化合物や有機高分子化合物などを用いること
ができる。炭素材料の形状や大きさに関しては、それぞ
れの形態を採り易いように決められるべきであるが、鱗
片状、粒状、繊維状などが挙げられる。大きさとしては
相当直径に換算して、好ましくは1〜100μmの直径
の炭素材料を用いられ、3〜20μmがさらに好まし
い。複数種類の炭素材料を用いることも可能である。ま
た、繊維状炭素材料の場合、長さに関しても特に制限は
ないが、100μm未満、さらに好ましくは50μm以
下かつ炭素繊維直径以上の長さに短くするとコーターを
用いて均一に塗布できるため好ましい。
ても、炭素質材料として、炭素繊維、人造あるいは天然
の黒鉛粉末、フッ化カーボン、金属あるいは金属酸化物
などの無機化合物や有機高分子化合物などを用いること
ができる。炭素材料の形状や大きさに関しては、それぞ
れの形態を採り易いように決められるべきであるが、鱗
片状、粒状、繊維状などが挙げられる。大きさとしては
相当直径に換算して、好ましくは1〜100μmの直径
の炭素材料を用いられ、3〜20μmがさらに好まし
い。複数種類の炭素材料を用いることも可能である。ま
た、繊維状炭素材料の場合、長さに関しても特に制限は
ないが、100μm未満、さらに好ましくは50μm以
下かつ炭素繊維直径以上の長さに短くするとコーターを
用いて均一に塗布できるため好ましい。
【0031】本発明における結着材としては、熱可塑性
樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよく、特に限定
されない。また、溶液やエマルジョンなどの状態で使用
することも可能である。添加量としては電極材料中に通
常0.01wt%〜40wt%で用いられる。具体的に
は、結着材としては、各種エポキシ樹脂、セルロース樹
脂、有機フッ素系ポリマ、およびコポリマ、アクリル樹
脂、有機クロル系樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリ
カーボネートなどが挙げられる。特に、安定性の点から
有機フッ素系ポリマおよびコポリマが好ましく、中でも
ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、
六フッ化プロピレンポリマおよびコポリマが好ましい例
として挙げられる。
樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよく、特に限定
されない。また、溶液やエマルジョンなどの状態で使用
することも可能である。添加量としては電極材料中に通
常0.01wt%〜40wt%で用いられる。具体的に
は、結着材としては、各種エポキシ樹脂、セルロース樹
脂、有機フッ素系ポリマ、およびコポリマ、アクリル樹
脂、有機クロル系樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリ
カーボネートなどが挙げられる。特に、安定性の点から
有機フッ素系ポリマおよびコポリマが好ましく、中でも
ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、
六フッ化プロピレンポリマおよびコポリマが好ましい例
として挙げられる。
【0032】本発明における導電材としては、炭素材
料、金属粉末などが挙げられる。導電材添加による導電
性向上の目的には、正極、負極活物質の材料、形状、粒
径、および結着材の種類、配合量などによって最適な粒
径や添加量が実験的に決められるべきであるが、通常は
一次粒子径で1nm〜100μm、さらに好ましくは5
nm〜20μmの微粒子が用いられ、また、添加量とし
ては0.5〜30wt%、さらに好ましくは0.7〜2
0wt%が用いられる。一次粒子径が1nmを下回るも
のは安定して製造しにくく、また、100μmを超える
ものは添加効果が小さくなってくる。一方、0.5wt
%未満の添加量では添加効果が乏しく、20wt%を超
えると電極単位重量あたりの容量が低下してくる。
料、金属粉末などが挙げられる。導電材添加による導電
性向上の目的には、正極、負極活物質の材料、形状、粒
径、および結着材の種類、配合量などによって最適な粒
径や添加量が実験的に決められるべきであるが、通常は
一次粒子径で1nm〜100μm、さらに好ましくは5
nm〜20μmの微粒子が用いられ、また、添加量とし
ては0.5〜30wt%、さらに好ましくは0.7〜2
0wt%が用いられる。一次粒子径が1nmを下回るも
のは安定して製造しにくく、また、100μmを超える
ものは添加効果が小さくなってくる。一方、0.5wt
%未満の添加量では添加効果が乏しく、20wt%を超
えると電極単位重量あたりの容量が低下してくる。
【0033】以上のようにして得られた電極材料は、各
種電池の活電極として利用可能であり、一次電池、二次
電池など、どのような電池に利用されるかは特に限定さ
れるものではない。この中で、二次電池の電極に好まし
く用いられる。特に好ましい二次電池としては、過塩素
酸リチウム、硼フッ化リチウム、6フッ化リン・リチウ
ムのようにアルカリ金属塩を含む非水電解液を用いた二
次電池を挙げることができる。
種電池の活電極として利用可能であり、一次電池、二次
電池など、どのような電池に利用されるかは特に限定さ
れるものではない。この中で、二次電池の電極に好まし
く用いられる。特に好ましい二次電池としては、過塩素
酸リチウム、硼フッ化リチウム、6フッ化リン・リチウ
ムのようにアルカリ金属塩を含む非水電解液を用いた二
次電池を挙げることができる。
【0034】上記の本発明に使用される電解液に用いら
れる溶媒としては、特に限定されることなく従来の溶媒
が用いられ、例えば酸あるいはアルカリ水溶液、または
非水溶媒などが挙げられる。この中で、上述のアルカリ
金属塩を含む非水電解液からなる二次電池の電解液の溶
媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、
N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメ
チルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、スル
ホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−ジメ
トキシエタン、ジエチレンカーボネートや、これらの誘
導体や混合物などが好ましく用いられる。
れる溶媒としては、特に限定されることなく従来の溶媒
が用いられ、例えば酸あるいはアルカリ水溶液、または
非水溶媒などが挙げられる。この中で、上述のアルカリ
金属塩を含む非水電解液からなる二次電池の電解液の溶
媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、
N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N−ジメ
チルホルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、スル
ホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−ジメ
トキシエタン、ジエチレンカーボネートや、これらの誘
導体や混合物などが好ましく用いられる。
【0035】本発明に使用される電解液に含まれる電解
質としては、アルカリ金属、特にリチウムのハロゲン化
物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフッ化塩、リンフ
ッ化塩、砒素フッ化塩、アルミニウムフッ化塩、トリフ
ルオロメチル硫酸塩などが好ましく用いられる。
質としては、アルカリ金属、特にリチウムのハロゲン化
物、過塩素酸塩、チオシアン塩、ホウフッ化塩、リンフ
ッ化塩、砒素フッ化塩、アルミニウムフッ化塩、トリフ
ルオロメチル硫酸塩などが好ましく用いられる。
【0036】ところで、正極シート、負極シートは、集
電体の両面に正極材料、負極材料を塗布することにより
得ることができる。また、正極材料、負極材料を集電体
に接着して電極シートを作製する際は、どのような形態
をとっても構わないが、本発明の性質上、結着材や導電
材などとともに溶媒に溶解、分散させた液を塗布後、乾
燥させたり、活物質を導電性結着材や導電材と結着材の
混合物を用いて集電体に張り付ける方法が一般的である
が、特に限定されるものではない。
電体の両面に正極材料、負極材料を塗布することにより
得ることができる。また、正極材料、負極材料を集電体
に接着して電極シートを作製する際は、どのような形態
をとっても構わないが、本発明の性質上、結着材や導電
材などとともに溶媒に溶解、分散させた液を塗布後、乾
燥させたり、活物質を導電性結着材や導電材と結着材の
混合物を用いて集電体に張り付ける方法が一般的である
が、特に限定されるものではない。
【0037】本発明における集電体は、金属を箔状、網
状、ラス状などの形態にして用いることが可能である
が、これらは特に限定されるものではない。
状、ラス状などの形態にして用いることが可能である
が、これらは特に限定されるものではない。
【0038】本発明で用いられるセパレータは、正極と
負極が短絡することを防止するためのものであり、特に
制限はないが、上記電解液の浸透性がよく、電子やイオ
ンの移動抵抗にならないことが好ましく、代表的な素材
としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィ
ン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスル
ホン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン
などが挙げられる。この中でも、とくに、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリスルホンなどが強度、安全性に
優れており好ましい。形状としては、多孔性膜や不織布
などが一般的にあげられるが、電池缶への充填率を上げ
やすいことから、多孔性膜が好ましい。さらに、多孔性
膜は、対称膜、非対称膜が一般的であるが、強度、安全
性を向上させるために、複数種類の膜を積層した複合膜
とすることも可能である。多孔膜の空孔率は、電子やイ
オンの透過性を高めるためになるべく高い方がよいが、
膜の強度低下を招く危険性があるため、素材や膜厚に応
じて決定されるべきである。一般的には、膜厚は20〜
100μm、空孔率は30〜80%が好ましい。また、
孔の径は電極シートより脱離した活物質、結着材、導電
材が透過しない範囲であることが好ましく、具体的に
は、平均孔径が0.01〜1μmのものが好ましい。
負極が短絡することを防止するためのものであり、特に
制限はないが、上記電解液の浸透性がよく、電子やイオ
ンの移動抵抗にならないことが好ましく、代表的な素材
としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィ
ン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスル
ホン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン
などが挙げられる。この中でも、とくに、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリスルホンなどが強度、安全性に
優れており好ましい。形状としては、多孔性膜や不織布
などが一般的にあげられるが、電池缶への充填率を上げ
やすいことから、多孔性膜が好ましい。さらに、多孔性
膜は、対称膜、非対称膜が一般的であるが、強度、安全
性を向上させるために、複数種類の膜を積層した複合膜
とすることも可能である。多孔膜の空孔率は、電子やイ
オンの透過性を高めるためになるべく高い方がよいが、
膜の強度低下を招く危険性があるため、素材や膜厚に応
じて決定されるべきである。一般的には、膜厚は20〜
100μm、空孔率は30〜80%が好ましい。また、
孔の径は電極シートより脱離した活物質、結着材、導電
材が透過しない範囲であることが好ましく、具体的に
は、平均孔径が0.01〜1μmのものが好ましい。
【0039】また、スパイラル状電極体を装填する電池
缶は、特に限定されるものではないが、鉄に耐腐食のた
めのメッキを施したもの、ステンレス鋼などが強度、耐
食性、加工性に優れるため好ましい。また、軽量化のメ
リットのある各種エンジニアリングプラスチックスの使
用、金属との併用も可能である。さらに、本発明におけ
るスパイラルの形状としては、必ずしも真円筒形である
必要はなく、スパイラル断面が楕円である長円筒形やス
パイラル断面が長方形をはじめとする角柱の様な形状を
とってもかまわない。この場合、電池缶も電極体の形状
に応じた形状をとることが可能である。代表的な使用形
態としては、筒状で底のある電池缶にスパイラル状電極
体、電解液を装填し、電極から取り出したリードがキャ
ップと電池缶に溶接された状態で封がされている、代表
的な例として図2に示す側断面図のものや、図3に示す
横断面図の形態のものが挙げられるが、特にこの形態に
限定すべきものではない。
缶は、特に限定されるものではないが、鉄に耐腐食のた
めのメッキを施したもの、ステンレス鋼などが強度、耐
食性、加工性に優れるため好ましい。また、軽量化のメ
リットのある各種エンジニアリングプラスチックスの使
用、金属との併用も可能である。さらに、本発明におけ
るスパイラルの形状としては、必ずしも真円筒形である
必要はなく、スパイラル断面が楕円である長円筒形やス
パイラル断面が長方形をはじめとする角柱の様な形状を
とってもかまわない。この場合、電池缶も電極体の形状
に応じた形状をとることが可能である。代表的な使用形
態としては、筒状で底のある電池缶にスパイラル状電極
体、電解液を装填し、電極から取り出したリードがキャ
ップと電池缶に溶接された状態で封がされている、代表
的な例として図2に示す側断面図のものや、図3に示す
横断面図の形態のものが挙げられるが、特にこの形態に
限定すべきものではない。
【0040】
【実施例】以下実施例をもってもって本発明をさらに具
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。
【0041】実施例1 正極活物質にLiCoO2 を90wt%、結着材として
PVDF(呉羽化学株式会社製)を7wt%、導電材と
してアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)3
wt%を用い、これらを混練した後、図4に側断面図を
示すように、正極集電体(13)としてアルミニウム箔
(厚さ20μm)の上に混練した正極材料(14,1
5)を塗布した後、プレスを施した後、リード(12)
の反対側に正極集電体(13)に正極材料を塗布しない
部分を60mm設け、内周面に厚さ60μmのポリエス
テルフィルム(16)を貼付した。このようにして正極
シート(活物質量:外周側180g/m2 内周側198
g/m2 (合計塗布厚130μm、塗布長さ480m
m))を得た。
PVDF(呉羽化学株式会社製)を7wt%、導電材と
してアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製)3
wt%を用い、これらを混練した後、図4に側断面図を
示すように、正極集電体(13)としてアルミニウム箔
(厚さ20μm)の上に混練した正極材料(14,1
5)を塗布した後、プレスを施した後、リード(12)
の反対側に正極集電体(13)に正極材料を塗布しない
部分を60mm設け、内周面に厚さ60μmのポリエス
テルフィルム(16)を貼付した。このようにして正極
シート(活物質量:外周側180g/m2 内周側198
g/m2 (合計塗布厚130μm、塗布長さ480m
m))を得た。
【0042】また、負極活物質として人造黒鉛LB−B
G(日本黒鉛株式会社製)を用い、結着材としてPVD
F(呉羽化学株式会社製)を15wt%を用いて混練し
た後、集電体として銅箔(厚さ16μm)上に塗布した
後、プレス処理して負極シート(活物質量:外周側80
g/m2 、内周側80g/m2 (合計塗布厚164μ
m、塗布長さ520mm))を得た。
G(日本黒鉛株式会社製)を用い、結着材としてPVD
F(呉羽化学株式会社製)を15wt%を用いて混練し
た後、集電体として銅箔(厚さ16μm)上に塗布した
後、プレス処理して負極シート(活物質量:外周側80
g/m2 、内周側80g/m2 (合計塗布厚164μ
m、塗布長さ520mm))を得た。
【0043】これらの正・負極シートを、多孔質ポリエ
チレンフィルム(UPORE UP3015;宇部興産
株式会社製)のセパレータを介して重ね合わせ、スパイ
ラル状に巻回し、最外周に1周分のセパレータを巻くこ
とによって円筒状の電極体を10個を得た。この電極体
をニッケルメッキ鋼板製の18mm径65mm長の円筒
形電池容器に装填し、電解液として1M六弗化リンリチ
ウムを含有するエチレンカーボネートとジメチルカーボ
ネートの1:1混合液を用いた電池を作製した。
チレンフィルム(UPORE UP3015;宇部興産
株式会社製)のセパレータを介して重ね合わせ、スパイ
ラル状に巻回し、最外周に1周分のセパレータを巻くこ
とによって円筒状の電極体を10個を得た。この電極体
をニッケルメッキ鋼板製の18mm径65mm長の円筒
形電池容器に装填し、電解液として1M六弗化リンリチ
ウムを含有するエチレンカーボネートとジメチルカーボ
ネートの1:1混合液を用いた電池を作製した。
【0044】この電池は、最外周の正極材料を塗布して
いない正極集電体部分が本発明における導電体A、電池
容器が導電体B、セパレータが絶縁体C、ポリエステル
フィルム+セパレータが絶縁体Dとなる。この電池を、
充電電流1A、定電圧値4.2V、充電時間2.5時間
で定電流定電圧充電し、放電電流200mA、放電終止
電圧2.5Vで容量試験を行ったところ、電池平均容量
は1390mAhであった。この電池10個を径15m
mの丸棒を用いて電池の円筒側面から内部短絡を生じる
まで圧力を加えたが、10個とも変化はなく、電池表面
の最高温度は約60〜80℃と低かった。
いない正極集電体部分が本発明における導電体A、電池
容器が導電体B、セパレータが絶縁体C、ポリエステル
フィルム+セパレータが絶縁体Dとなる。この電池を、
充電電流1A、定電圧値4.2V、充電時間2.5時間
で定電流定電圧充電し、放電電流200mA、放電終止
電圧2.5Vで容量試験を行ったところ、電池平均容量
は1390mAhであった。この電池10個を径15m
mの丸棒を用いて電池の円筒側面から内部短絡を生じる
まで圧力を加えたが、10個とも変化はなく、電池表面
の最高温度は約60〜80℃と低かった。
【0045】比較例1 正極シートにポリエステルフィルムを貼付しない他は実
施例1と同じ条件で電池を作製した。この電池を、実施
例1と同じ条件で容量試験を行ったところ、電池平均容
量は1390mAhであった。この電池10個を実施例
1と同じ条件で圧力を加えたが、10個のうち3個が発
煙し、発煙した電池表面の最高温度は約200〜250
℃に達した。
施例1と同じ条件で電池を作製した。この電池を、実施
例1と同じ条件で容量試験を行ったところ、電池平均容
量は1390mAhであった。この電池10個を実施例
1と同じ条件で圧力を加えたが、10個のうち3個が発
煙し、発煙した電池表面の最高温度は約200〜250
℃に達した。
【0046】
【発明の効果】本発明は、上記の構成とすることによ
り、電池容量が高く、安全性に優れた電池が提供できる
という効果を奏する。
り、電池容量が高く、安全性に優れた電池が提供できる
という効果を奏する。
【図1】本発明に係る電池の一例の部分横断面図であ
る。
る。
【図2】本発明を適用する電池の一例の側断面図であ
る。
る。
【図3】本発明を適用する従来の電池の一例の横断面図
である。
である。
【図4】本発明に係る電池の実施例に用いた正極シート
の側断面図である。
の側断面図である。
1:正極と電気的に接続された導電体A 2:絶縁体C 3:負極と電気的に接続された導電体B 4:絶縁体D 5:電極体 6:封口体 7:シール材 8:電池缶 9:正極リード 10:電極体 11:負極リード 12:正極リード 13:正極集電体 14:正極材料(内周面) 15:正極材料(外周面) 16:フィルム 17:セパレータ 18:正極シート 19:負極シート 20:電池容器 21:正極リード 22:負極リード
Claims (11)
- 【請求項1】正極、負極からなる電極体を用いた電池で
あって、該電極体の外周面の一部分もしくは全部に、正
極と電気的に接続された導電体Aと、負極と電気的に接
続された導電体Bが絶縁体Cをはさんで対向している電
池において、前記導電体Aと導電体Bのうち内周面に配
された導電体の内周側に絶縁体Cと材質の異なる絶縁体
Dが配されていることを特徴とする電池。 - 【請求項2】導電体Aと導電体Bを電極体の外部に配す
ることを特徴とする請求項1記載の電池。 - 【請求項3】絶縁体Cの伸度が絶縁体Dの伸度よりも小
さいことを特徴とする請求項1または2記載の電池。 - 【請求項4】絶縁体Cの強度が絶縁体Dの強度よりも小
さいことを特徴とする請求項1または2記載の電池。 - 【請求項5】絶縁体Cの融点が絶縁体Dの融点よりも低
いことを特徴とする請求項1または2記載の電池。 - 【請求項6】絶縁体Cの空隙率が絶縁体Dの空隙率より
も小さいことを特徴とする請求項1または2記載の電
池。 - 【請求項7】導電体Aが正極集電体と同一の素材からな
り、および/または、導電体Bが負極集電体と同一の素
材からなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに
記載の電池。 - 【請求項8】導電体Aと導電体Bの片方が導電性物質か
らなる電池外装容器であることを特徴とする請求項1〜
7のいずれかに記載の電池。 - 【請求項9】電池の電解液がリチウム塩を電解質とする
ものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに
記載の電池。 - 【請求項10】電池の正極がリチウムイオンを吸蔵およ
び放出可能な少なくとも1種類の遷移金属化合物を含有
することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の
電池。 - 【請求項11】電池の負極がリチウムイオンを吸蔵およ
び放出可能な少なくとも1種類の炭素材料を含有するこ
とを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の電
池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9256760A JPH1197068A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電 池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9256760A JPH1197068A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電 池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1197068A true JPH1197068A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17297071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9256760A Pending JPH1197068A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電 池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1197068A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007535796A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | エイ 123 システムズ,インク. | 低インピーダンス積層電池装置とその製造方法 |
-
1997
- 1997-09-22 JP JP9256760A patent/JPH1197068A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007535796A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | エイ 123 システムズ,インク. | 低インピーダンス積層電池装置とその製造方法 |
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