JPS60253157A - 非水系二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ 本発明は高出力型の非水系二次電池に関するものである
。

［従来の技術］ 従来より、高出力型の二次電池としては鉛蓄電池、ニッ
ケル・カドミウム蓄電池、銀・亜鉛蓄電池等がよく知ら
れている。かかる二次電池の電解液はいずれも水系であ
り、高いイオン伝導性を有している。そのため、水系二
次電池は内部抵抗が小さく、大電流でさえ放電電圧は安
定しており、高出力型の電池として適している。しかし
その反面、水はある電圧以上になると容易に分解するた
め水系二次電池は一般的に電圧が低く、エネルギー密度
が低いという欠点を有している。一方、非水系の電池の
場合はリチウム電池に代表されるように高いエネルギー
密度を有しているが出力は小さい。これは非水系の電解
液のイオン伝導性が低いため電池の内部抵抗が大きい理
由による。一部のリチウム電池については電極面積を大
きくして電池の内部抵抗を小さくせしめ出力特性の向１
−を計ったものもあるが、その出方は水系の電池に比較
するとまだ低い９以上のごとく２高出方でかつエネルギ
ー密度の高い二次電池は未だ見出されていないのが現状
である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記のように従来見出尊れていなかった高出
力でかつ高エネルギー密度の二次電池を提供するために
なされたものである。

Ｅ問題点を解決するための手段及び作用］本発明によれ
ば、（１）電池の内部抵抗が５Ω以下の非水系二次電池
であって、正極集電体として厚さ１〜１００　μｍのア
ルミニウム箔を用いることを特徴とする二次電池（２）
電池の内部抵抗が５Ω以下の非水系二次電池であって、
正極集電体として厚さｌ−１００ｐ馬のアルミニウム箔
を用いることを特徴とする二次電池でありかつ充電状態
における開放端子電圧が３〜５■の二次電池が提供され
る。

本発明で言うところの非水系二次電池は正、負極及び非
水系電解液より構成される。正極の活物質としては特に
限定されるものではないけれどもし１ｃｏ０２　、　Ｎ
ａＣｏＯ２、ＬｉＧｒＳ２　、　Ｖ２Ｏ３等の層間化合
物あるいはポリアセチレンに代表される有機導電体が用
いられる。正極はかかる正極活物質をグラファイト、ア
セチレンブラック、金属粉等の導電剤とフッ素樹脂、ポ
リエチレン樹脂、ポリアクリロニトリル等の結着剤とと
もに来電体１−に加圧成型するか、あるいは、活物質、
導電剤と結着割入の懸濁液を調製し、これを来電体トに
塗布することによって得られる。負極活物質としては、
リチウム、ナトリウム等の軽金属ものくは合金、有機導
電体が使用される。非水電解液としては、Ｍｃｚｏ４．
にＯｈ　、　ＭＣｉ　、　１ｌＩＢｒ　、　Ｉ’ｌｌ　
、にＰｌｒ、。

ＣＨ３５ＯＪＮ　、　ＣＦ３Ｈ（Ｍ−Ｌｉ、Ｈａ）等の
電解質をプロピレンカーボネートγ−ブチロラクトン、
テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチルエー
テル、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール
等の溶媒に溶解したものが用いられるが。

これらに限定されるものではない、電解液の濃度範囲は
特に限定はされないが、０．１〜２ｍｏＲ／Ｕである。

また、セパレーターにはＩ専丁のポリエチレン微多孔膜
、ポリプロピレン微多孔膜やポリプロピレン不織布が用
いられる。

セパレーターの厚みは２００μ層以下、より好ましくは
５０μｍ以下である。かかる薄手のセパレーターを使用
することが電池の内部抵抗を下げる上で良好な効果をも
たらす。

本発明にある内部抵抗とは、該非水系二次電池を正極活
物質の利用率が５０％になるまで充電後、温度２５℃で
Ｉ　Ｋ）Ｉｚの周波数を用いてインピーダンス測定を行
なうことにより得られた電池自体の抵抗を言う、かかる
内部抵抗は５Ω以下、さらに好ましくは１Ω以下でなく
てはならない。なぜなら、内部抵抗が５Ωより大きい場
合、放電時における過電圧は非常に大きくなり、高出力
を取り出せないだけでなく充放電のエネルギー効率は極
めて低くなるからである。

正極集電体については、従来より電池内での耐食性が比
較的優れていることと安価であることからニッケル、鉄
、ステンレス鋼、チタン、アルミニラＩＮが使われてい
る。そこで、正極集電体にニッケル、鉄、ステンレス鋼
、チタン、アルミニラＪ、を用い、該非水系二次電池の
性能について検討した。ニッケル、鉄の場合は、電池の
電圧が３〜５Ｖと高くなると、集電体自身の腐食が始ま
るため、その使用範囲は限られることがＦ４っだ、それ
に対しステンレス鋼、チタン、アルミニウムを用いた場
合、特にチタン、アルミニラＪ、ノＪＪＡ　合は以外に
も４，５Ｖと高い充電電圧の時でさえ、全く聞届がなく
、電池の保存性能も極めて好ましいものであることを見
出した。

前述したごとく、非水系−次電池において、高出力を可
能にせしめるためには、電極面積をできるだけ大きくす
ることによって液抵抗に起因する内部抵抗を小さくしな
ければならない。かかる黄件な満足させるためには、正
極集電体は薄く、軒〈１かも大面積の箔が安価に人手で
きるものでなくてはならない。Ｔｉ箔の人「は困難であ
る。しかし、アルミニウム、ステンレス鋼の箔について
は工業的スケールでしかも安い価格で人手することが可
能である。また、正極集電体には電気伝導性の非常に高
い金属を用いる必要がある。なぜなら、大面積かつ薄い
集電体を使った電極より構成される高出力型の非水系二
次電池においては、集電体自体の抵抗の無視できない場
合が生じるからである、翳実、電気伝導性の低いステン
レス鋼を正極集電体として用いた場合、電池の放電曲線
には内部抵抗に起因する大きな電圧降下が認められり、
ツレに対し、電気伝導性の良いアルミニウム箔を用いた
場合には、該非水系二次電池は極めて良好な放電曲線を
与えた。ｌル膳以下の厚みのアルミニウム箔は入手不可
能であった。また、１００ＪＬＩＩより厚いアルミニウ
ム箔を用いても良いが、正極が重くなるため電池のエネ
ルギー密度は低下した。

以」、述へたごとく、高出方型の非水系二次電池の作成
にはｉＥ極東電体として厚さ１〜１００　ＩＬ層のアル
ミニウム箔が必要不可欠である。ここで言うところのア
ルミニウムとはアルミニウムの特性を損わない合金であ
っても良い、また、その箔とは穴がおいているものでも
良く特に限定はしない。

本発明で言う高出力型の非水系二次電池の充電状態にお
ける開放端子電圧は３〜５■であることが好ましい、前
記したごとく水系の二次電池は水の分解電圧以りに電圧
をあげることができず、そのためエネルギー密度を高く
することはできなかった。それに対し、非水系の電解液
は電気化学的にかなり安定である。故にエネルギー密度
を高くするために開放端子電圧は３ｖ以−１−であるこ
とが望ましい。しかし、開放端子電圧が５■より高くな
ると非水系の電解液と言えども、その中には分解を始め
るものもあるので、開放端子電圧は５ｖ以下にとどめて
おくのが良い。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

なお、以下の記載において、正極活物質ＬｉＣｏＯ２は
市販試薬Ｃｏｏ　１！−Ｌｉ２ＧＯ３を９００℃でｌ０
０ｈｒ熱処理することによって得たものである。

実施例１ 正極は正極活物質ＬｉＣｏＯ２７，８ｇ　、導電剤グラ
ファイト０．４＄とポリビニリデンフルオライドＯ，１
ｇのＤＭＦ懸濁液を厚さ１５μ層幅４０腸長さ１２５ｃ
ｍのアルミニウム箔に均一に塗布することにより作製し
た。負極は厚さ３０μ腰帽４８層長さ】２５ｃ履のアル
ミこラム箔を使用した。セパレーターは４０μ層のポリ
エチレン微多孔膜を用いた。正負両極をセパレーターを
介してロール状に捲きとった。これを＋、Ｕ池かんニ入
しタ後、ＬｉＣｌＯ４０，８１１０ｕ　／　ｌ　１７）
　７’ロピレンカーポネート溶液を含浸し、ＭＯし、第
１図にノＩりすような電池を組み立てた。第１図におい
てｌは正極、２はセパレーター、３は負極、４は絶縁板
、５は銅製の負極リード、６はアルミニウム製の正極リ
ード、７はガスケットである。

充電は２５０＋＊＾、放電はＩＡの定電流で行った。

充放電時に消費される電気量はＬｉＣｏＯ２の利用率が
５０％となるように設定した。電池の保存性能を見るた
め、充電後１週間放置し、自己放電量を測定した。また
、電池の内部抵抗の測定にはインピーダンス測定法（温
度２５℃、周波数Ｉ　ＫＨｚを用いた。結果を表１及び
第２図（曲線Ａ）に示す。

実施例２ 正極集電体として厚さ７μｍ輻４Ｃ■長さ２５０ｃｍの
アルミニウム箔を用い実施例１と全く同様な方法により
正極を作製した。負極は厚さ１５終園幅４ｃｍ長さ２５
０ｃｓのアルミニウム箔を用いた。以下実施例１と同様
な方法により円筒型電池を作製し、評価した。結果を表
１及び第２図（曲線Ｂ）に示す。

比較例１ 正極集電体として厚さ１５＃Ｌ履幅４ｃ■長さ２５ｃ謬
のアルミニウム箔を用い実施例１と全く同様な方法によ
り正極を作製した。負極は厚さ１５０弘■幅４ｃＩｌ長
さ２５ｃｍのアルミニウム箔を用いた。以下実施例１と
同様な方法により円筒型電池を作製し、評価した。結果
を表１及び第２図（曲線Ｃ）に示す。

比較例２ 正極集電体として厚さ１５０ｇｍ幅４ｃｍ長さ１２５ｃ
＋ｓのアルミニウム箔を用い、実施例１と全く同様な方
法により正極を作製した。以下実施例１と同様な方法に
より円筒型電池を作製し、評価した。結果を表１に示す
。

比較例３ 正極集電体として厚さ１５ル濡幅４ｃｍ長さ１２５ｃ■
のステンレス鋼箔を用い、実施例１と全く同様なノ」法
により正極を作製した。以下実施例１と同様な方法によ
り円筒型電池を作製し、評価した。結果を表１及び第２
図（曲線Ｄ）に示す。

比較例４ 正極集電体として厚さ＋５ＩＬｍ幅４ｃｓ＋長さ１２５
ｃ＋ｗのニッケル箔を用い実施例１と全く同様な方法に
より正極を作製した。以下実施例１と同様な方法により
円筒型電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。

［発明の効果］ 上記のように、本発明においては、厚さ１〜１００　ｐ
腸のアルミニウム箔を正極集電体として用いることによ
って、非水系電池の出力特性を改善し、高出力かつ高エ
ネルギー密度の非水系二次電池とすることができたもの
である。携帯用ＶＴＲのようなポータプル機器の電源と
して高出力、高エネルギー密度二次電池の開発要求が高
まっているおりから、工業的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】 ｉ１図は本発明に係る非水系二次電池の半裁断面図、第
２図は実施例及び比較例に示す非水系二次電池の出力特
性を示すグラフである。第２図中Ａは実施例１を、Ｂは
実施例２を、Ｃは比較例１を、Ｄは比較例３を示す。 １・・・正極、２・・・セパレーター、３・・・負極、
４・・・絶縁板、５・・・銅製の負極リード、６・・・
アルミニウム酸の正極リード、７・・・ガスケット 第１図 第２図 （Ｖ） 電 電 圧 放電時間　（ｍｉｎ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）電池の内部抵抗が５Ω以下の非水系二次電池であ
   って、正極集電体として厚さ１〜＋００７Ｌｍのアルミ
   ニウム箔を用いることを特徴とする二次電池。 （２）電池の内部抵抗が５Ω以下の非水系二次電池であ
   って、正極集電体として厚さ１〜１００　Ｐ−のアルミ
   ニウム箔を用いることを特徴とする二次電池でありかつ
   充電状態における開放端子電圧が３〜５ｖの二次電池。