JPS62272473A - 非水溶媒二次電池 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、非水ｍｔＡ二次ｆｆ１ｌｔ！ｌに関し、特に
電極群の構造を改良した非水溶媒二次電池に係わる。

（従来の技術） 近年、負極活物質として、リチウム、ナトリウム、アル
ミニウム等の軽金属を用いた非水溶媒電池は高エネルギ
ー密度電池として注目されており、正極活物質に二酸化
マンガン（〜１ｎ０２　）、フッ化炭素（（ＣＦ）Ａ）
、塩化チオニル（ＳＯＣ２２）等を用いた一次電池は既
に電卓、時計の電源やメモリのバックアップ電池として
多用されている。更に近年、ＶＴＲ，通信機器等の各種
の電子ａＢの小形・軽量化に伴い、それらの電源として
＾エネルギー密度二次電池の要求が高まり、軽金属を負
極活物質とする非水溶媒二次電池の研究が活発に行われ
ている。

非水溶媒二次電池は、負極にリチウム、ナト・リウム、
アルミニウム等の軽金属を用い、電解液として炭酸プロ
ピレン（ＰＣ）、１．２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）
、γ−ブチロラクトン（γ−Ｂし）、テトラヒドロフラ
ン（ＴＩ−ＩＦ）などの非水溶媒中にＬｉＣβ０４　、
Ｌ　１ＢＦ４、Ｌ　１ＡｓＦｓ　、Ｌ　ｉ　ＰＦ６等の
電解質を溶解したものから構成され、正極活物質として
は主にＴｉＳ２、ＭＯ８２、Ｖ２　Ｏ５、Ｖｓ　Ｏｔ３
等すチウムとの間でトポケミカル反応をする化合物が研
究されている。

しかしながら、上述した二次電池は現在、コイン形の小
容量のものが一部実用化されているのみで、円筒形等の
大容量電池は未だ実用化されていない。この主な理由は
、充放電効率が低之、かつ充放電回数（サイクル）寿命
が短いためである。

この原因は、負極リチウムと電解液との反応によるリチ
ウムの劣化によるところが大きいと考えられている。即
ち、放電時にリチウムイオンとして電解液中に溶解した
リチウムは充電時に析出する際に溶媒と反応し、その表
面が一部不活性化される。このため、充放電を繰返して
いくと、デンドライト状（＠枝状）のリチウムが発生し
たり、或いは小球状に析出したリチウムが浮遊状になり
。

集電体より脱離する等の現象が生じる。また、成長した
デンドライト状の金属リチウムがセパレータを貫通もし
くはセパレータの周辺部より回り込んで正極と接して短
絡を起こすことも度々生じる。

特に、帯状の正負橿をセパレータを介して渦巻状に巻回
した電極群を用いて二次電池を構成した場合、電流が１
甑周辺部、とりわけ巻き始め端（つまり渦巻状電極群の
中心部）と巻き終り端（つまり渦巻状電極群の外周部）
に集中する傾向がある。

その結果、充放電サイクルの繰返しにより前記渦巻状電
極群の中心部や外周部の正極に対面している負極部分の
使用率が激しくなり、デンドライト状リチウム又は小球
状リチウムが多く生成し、負極利用率の著しい減少を招
いたり、短絡の原因になったりする。

このような問題を改良する試みとして、例えば溶媒の種
類を変える、電解液中にプントライ［・防止の添加剤を
加える、又は負極材料としてリチウム−アルミニウム合
金を用いる等の検討がなされているが、いずれも一長一
短があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、充放電サイクル中での短絡発生が少なく、かつ
放電容量の減少を改善した充放電特性の優れた非水溶媒
二次電池を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、金属缶容器内に軽金属からなる負極及び正極
をセパレータを介して渦巻状に巻回した電極群を収納し
、かつ該容器内に非水溶媒中に電解質を溶解した電解液
を収容した構造の非水溶媒二次電池において、前記正極
の巻き始め端及び巻き終り端のうちの少なくとも一方と
その周辺に位置する前記セパレータの厚さを、該セパレ
ータの池の部分の厚さより厚くしたことを特徴とする非
水溶媒二次電池である。

上記正極の巻き始め端及び巻き終り端のうちの少なくと
も一方とその周辺に位置する前記セパレータ部分の厚さ
を該セパレータの他の部分の厚さより厚くする割合は、
５０〜２００％の範囲することが望ましい。この理由は
、その厚さ増加率を５０％未満にすると、所期の効果を
充分に達成できない恐れがあり、かといってその厚さ増
加率が２００％を越えると容量〈主に正極容量）の低下
、大電流放電特性の低下を招く恐れがあるからである。

こうした正極端部周辺に位置するセパレータ部分の厚さ
を該セパレータの他の部分より厚くする手段は種々考え
られるが、最も簡単な方法は正極端部周辺に位置するセ
パレータ部分のみ二重に重ねればよい。ここでいう、正
極端部周辺の範囲は、通常、正極端部を基準にしてその
前後１〜２α（円周方向）とすればよい。

（作用） 本発明によれば、正極の巻き始め端及び巻き終り端のう
ちの少なくとも一方とその周辺に位置する前記セパレー
タの厚さを、該セパレータの他の部分の厚さより厚くす
ることにより、正極端部への電流集中を緩和して電流分
布を均一化できるため、充放電を繰返しもデンドライト
状リチウム或いは小球状リチウムが正極端部周辺に局在
的に多量生成するのを防止できる。その結果、前記デン
ドライト状リチウム或いは小球状リチウムが原因となる
短絡を略完全に防止できると共に、負罎利用率も向上す
ることにより充放電サイクルＲ命を著しく向上できる。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を参照して詳
細に説明する。

実施例１ 図中の１は、電極群である。この電極群１は、第２図に
示すように負極２及び正極３をポリプロピレン製セパレ
ータ４を介して該負極２が外側に位置するように渦巻状
に巻回すると共に、正極３の巻き始め端Ｘと巻き終り端
Ｙ及びそれらの近傍に位置する該セパレータ４部分にそ
のセパレータと同材質で同厚さのフィルム５ａ、５ｂを
重ねて配置した構造になっている。前記負極２としては
、帯状のリチウム金属を集電体のニッケルエキスバンド
メタルに圧着したものを用いた。前記正極３としては、
二硫イヒチタン（ＴｉＳｚ　）１００９に導電材として
のアセチレンブラック１０ｇ及び結着材としてのポリテ
トラフルオロエチレン１０９を混合し、チタンエキスバ
ンドメタルに圧着成形したものを用いた。前記電極群１
は、負極端子を兼ねるステンレス缶容器６内に該電極群
１の負極２が該容器６内壁側に位置するように収納され
ている。この容器６内には、１モル／℃の六フッ化リン
酸リチウム（ＬｉＰＦｓ）を溶解した１、３ジオキシソ
ランの電解液が収容されている。また、前記容器６の開
口部は、正極端子７が嵌合された封口板８により封口さ
れている。前記正極端子７は、正極リード９を介して前
記電極群１の正Ｉａ！３に接続されており、かつ前記負
極２は集電体に取着された図示しない負極リードを介し
て前記ステンレス缶容器６に接続されている。なお、図
中の１０．１１は絶縁板である。

実施例２ 負極２及び正極３をポリプロピレン製セパレータ４を介
して該負［１２が外側に位置するように渦、巻状に巻回
すると共に、正極３の巻き終り端Ｙ及びその近傍に位置
する該セパレータ４部分にのみセパレータと同材質で同
厚さのフィルム５ｂを重ねて配置した構造の電極群を用
いた以外、上記実施例１と同構成の非水溶媒二次電池を
組立てた。

実施例３ 負極２及び正極３をポリプロピレン製セパレータ４を介
して該負ｔｉ２が外側に位置するように渦巻状に巻回す
ると共に、正極３の巻き始め端Ｘ及びその近傍に位置す
る該セパレータ４部分にのみセパレータと同材質で同厚
さのフィルム５ａを重ねて配置した構造の電極群を用い
た以外、上記実施例１と同構成の非水溶媒二次電池を組
立てた。

実施例４ 負慟及び正極をポリプロピレン製セパレータを介して該
負極が外側に位置するように渦巻状に巻回すると共に、
正極の巻き始め端と巻き終り端及びそれらの近傍に位置
する該セパレータ部分にセパレータと同材質で厚さが半
分のフィルムを夫々歪ねて配置した構造の電極群を用い
た以外、上記実施例１と同構成の非水溶媒二次電池を組
立てた。

比較例 負極及び正極をポリプロピレン製セパレータのみを介し
て該負極が外側に位置するように渦巻状に巻回した構造
の電極群を用いた以外、上記実施例１と同構成の非水溶
媒二次電池を組立てた。

しかして、本実施例１〜４及び比較例の電池を夫々１ｏ
○個用意し、各電池について１００ｍＡの電流で電池電
圧が１．Ｏｖになるまで放電し、２．５■になるまで充
電する充放電サイクルを繰返し、各サイクルでの短絡に
より不良になった個数を調べた。その結果を下記表に示
す。

また、本実施例１〜４及び比較例の電池について正常な
電池の充放電サイクルと放電容量との関係を調べたとこ
ろ、第３図に示す特性図を得た。

なお、第３因中のＡ１−Ａ４は夫々本実施ＩＭ１〜４の
電池における特性線、Ｂは比較例の電池の同特性線であ
る。

上記表から明らかなように本発明の非水溶媒二正極の巻
き始め端、巻き終り端の両方とそれらの周辺に位置する
セパレータ部分の厚さを該セパレータの他の部分の厚さ
の２倍とした実施例１の電池は最も顕著な効果を有する
。また、第３図より本発明の電池は比較例の電池に比べ
て充放電サイクル数に対する放電容量の減少が極めて少
ないことがわかる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば充放電サイクル時で
の短絡発生が少なく、かつ放電容ｎの減少の少ない優れ
た充放電特性を有する非水溶媒二次電池を提供できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一寅施例を示す非水溶媒二次電池の半
裁因、第２図は第１図の電池の横断面図、第３図は本実
施例１〜４及び比較例の二次電池の充放電サイクル数に
対する放電容量の関係を示す特性図である。 １・・・電極群、２・・・負楊、３・・・正極、４・・
・セパレータ、５ａ、５ｂ・・・フィルム、６・・・ス
テンレス缶′ｇ器、７・・・正極端子、８・・・封口板
、Ｘ・・・正極の巻き始め端、Ｙ・・・１罎の巻き終り
端。 出願人代理人　弁理士　　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属缶容器内に軽金属からなる負極及び正極をセパレー
   タを介して渦巻状に巻回した電極群を収納し、かつ該容
   器内に非水溶媒中に電解質を溶解した電解液を収容した
   構造の非水溶媒二次電池において、前記正極の巻き始め
   端及び巻き終り端のうちの少なくとも一方とその周辺に
   位置する前記セパレータの厚さを、該セパレータの他の
   部分の厚さより厚くしたことを特徴とする非水溶媒二次
   電池。