JP2000231938A - ポリマー電解質電池 - Google Patents

ポリマー電解質電池

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JP2000231938A
JP2000231938A JP11033216A JP3321699A JP2000231938A JP 2000231938 A JP2000231938 A JP 2000231938A JP 11033216 A JP11033216 A JP 11033216A JP 3321699 A JP3321699 A JP 3321699A JP 2000231938 A JP2000231938 A JP 2000231938A
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JP
Japan
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battery
polymer electrolyte
air gap
negative electrode
atmosphere
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JP11033216A
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English (en)
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Tetsuo Kawai
徹夫 川合
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池内のエアギャップを実質上なくし、寸法
精度が高く、内部抵抗が小さく、かつサイクル特性が優
れたポリマー電解質電池を提供する。 【解決手段】 ポリマー電解質電池を組み立てる際の雰
囲気をCO2 にし、エアギャップに含まれる気体を実質
上CO2 とし、そのCO2 を充電時に発生するリチウム
などを利用して電池内部で消費させることによりエアギ
ャップを実質上なくす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電解質電
池に関し、さらに詳しくは、携帯用電子機器、電気自動
車、ロードレベリングなどの電源として使用するのに適
したポリマー電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリマー電解質電池では、電解質をシー
ト状にすることができ、それによって、A4版、B5版
などの大面積でしかも薄形の電池の作製が可能になり、
各種薄形製品への適用が可能になって、電池の使用範囲
が大きく広がっている。特にポリマー電解質を用いた電
池は、耐漏液性を含めた安全性、貯蔵性が優れており、
しかも薄く、フレキシブルなので、機器の形状に合わせ
た電池を設計できるという、今までにない特徴を持って
いる。
【0003】このポリマー電解質電池は、通常、アルミ
ニウムフィルムを芯材にし、内面側に接着層となる樹脂
フィルムを配置したラミネートフィルムを外装体に用
い、薄いシート状の電極とシート状のポリマー電解質層
とを積層したユニットセルを上記外装体で外装すること
によって、薄いシート形電池に仕上げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このシート形ポリマー
電解質電池では、電極やポリマー電解質が実質上遊離の
液を含まず固体である。通常の円筒形電池や角形電池の
場合には、液状の電解質を用いており、鉄、アルミニウ
ムなどの強度の高い容器に収納されている。これらの液
状の電解質を用いる電池の場合、電池内に適切な体積の
エアギャップを設けていなければ、過充電などの異常事
態の発生により発熱したり、ガスが発生して電池の内部
圧力を増大させる状態になった場合、電池内圧が急激に
上昇し、破裂したり、爆発の原因になることがあった。
そのため、適切なエアギャップを設けるのが一般的であ
る。
【0005】ところが、ポリマー電解質電池では、電池
の厚みを薄くするために、通常はアルミニウムフィルム
を芯材にしたラミネートフィルムを外装体に用いてお
り、電池の外装体の強度が低いため、仮に電池内部でガ
スが発生して内圧が上昇しても、破裂や爆発には至るこ
とはなかった。従って、エアギャップに対しては特に深
い注意を払われることがなかった。
【0006】しかしながら、このポリマー電解質電池で
は、電池内部に気体が存在すると、電池を折り曲げる際
に障害になったり、電池反応の円滑な進行を妨げてサイ
クル特性を低下させるなどの問題が発生し、従来の液状
電解質を用いる円筒形電池や角形電池とは異なり、エア
キャップがかえってトラブル発生の原因になることが判
明した。
【0007】従って、本発明は、上記のような事情に鑑
み、電池内のエアギャップを実質上なくし、寸法精度が
高く、内部抵抗が小さく、かつサイクル特性が優れたポ
リマー電解質電池を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、電池を組み立
てる際の雰囲気をCO2 にし、エアギャップに含まれる
気体を実質上CO2 とし、そのCO2 を充電時に発生す
るリチウムなどを利用して電池内部で消費させることに
より、エアギャップを実質上なくすことによって、上記
課題を解決したものである。
【0009】また、電池組立時の雰囲気をCO2 雰囲気
にすることにより、たとえ電池内にCO2 以外の気体が
わずかに残存するようになっても、CO2 が充電時に発
生するリチウムまたは負極の炭素系材料の内部に形成す
るリチウムとの反応により電池内に固定されるので、電
池特性を低下させるのが防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明において、正極活物質とし
ては、特に限定されることなく種々のものを用い得る
が、リチウムを含む遷移金属酸化物がエネルギー密度が
高く、可逆性に優れていることから好適に用いられ、具
体的には、例えば、LiCoO2 などのリチウムコバル
ト酸化物、LiMn2 4 などのリチウムマンガン酸化
物、LiNiO2 などのリチウムニッケル酸化物、それ
らの混合物、さらにはLiNiO 2 のNiの一部をCo
またはMnで置換したものなどが好適に用いられる。
【0011】また、本発明において、負極活物質として
は、リチウムイオンをドープ・脱ドープできる物質であ
れば特に限定されることなく種々のものを用い得るが、
特に炭素系材料が好適に用いられ、具体的には、例え
ば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素
類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロ
ビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイトなどが好適に
用いられる。
【0012】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。なお、以下においては、電池組
立時の雰囲気とエアギャップの大きさを変えて実施例お
よび比較例を説明していくが、それらの説明に先立って
正極、負極およびポリマー電解質層の作製について説明
する。
【0013】正極の作製:正極活物質であるLiCoO
2 50重量部、導電助剤であるアセチレンブラック10
重量部、バインダーであるポリフッ化ビニリデン10重
量部を均一になるように混合し、さらに電解液40重量
部を加えて混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。
上記電解液はプロピレンカーボネートとエチレンカーボ
ネートとの体積比1:1の混合溶媒にLiPF6 を1.
22モル/リットル溶解させたものである。そして、上
記のように調製した正極合剤含有ペーストを集電体とな
る厚さ20μmのアルミニウム箔の一方の面に塗布し、
加熱してゲル化させることによりアルミニウム箔上にゲ
ル状の正極合剤層を形成して、シート状の正極を作製し
た。ただし、上記正極の作製にあたっては、アルミニウ
ム箔の一部に正極合剤含有ペーストを塗布せずにアルミ
ニウム箔の露出部を残し、その露出部を外部端子として
の正極端子との接続部分にした。
【0014】負極の作製:負極活物質である黒鉛40重
量部とポリフッ化ビニリデン5重量部と上記正極に用い
たものと同様の電解液55重量部を混合して、負極合剤
含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを集
電体となる厚さ10μmの銅箔の一方の面に塗布し、加
熱してゲル化させることにより銅箔上にゲル状の負極合
剤層を形成して、シート状の負極を作製した。ただし、
上記負極の作製にあたっても、銅箔の一部に負極合剤含
有ペーストを塗布せずに銅箔の露出部を残し、その露出
部を外部端子としての負極端子との接続部分にした。
【0015】ポリマー電解質層の作製:厚さ70μmの
ポリオレフィン不織布を支持体とし、この不織布に3種
類のアクリル系モノマー混合物15重量部とその重合開
始剤である過酸化ベンゾイル0.75重量部と前記同様
の電解液85重量部とを混合した溶液を含浸させ、加熱
してモノマーを重合させるとともに全体をゲル化して、
シート状のゲル状ポリマー電解質層を作製した。上記ア
クリル系モノマー混合物は2−エトキシエチルアクリレ
ートとトリエチレングリコールジメタクリルレートとエ
チレングリコールエチルカーボネートメタクリレートと
を重量比50:13:33の割合で混合したものであ
る。
【0016】このポリマー電解質層を上記正極と負極と
の間に配置し、圧着してユニットセルを構成し、該ユニ
ットセルを外装する外装体としてポリエステルフィルム
−アルミニウムフィルム−変性ポリオレフィンフィルム
からなる三層構造のラミネートフィルムを準備した。
【0017】実施例1 上記正極、負極、ポリマー電解質層をCO2 雰囲気(こ
のCO2 雰囲気はCO 2 ボンベより100%CO2 を密
閉式ドライボックスに流入させることによって形成し
た)に入れ、上記外装体としてのラミネートフィルムを
2枚用い、負極上にポリマー電解質層を載置し、さらに
そのポリマー電解質層上に正極を載置してユニットセル
を作製し、上記CO2 雰囲気中で、その上下にラミネー
トフィルムを配置し(ただし、その変性ポリオレフィン
フィルム同士が対向するように配置する)、周囲を加熱
して上記ラミネートフィルムの変性ポリオレフィンフィ
ルムを熱融着させることにより、上記正極、ポリマー電
解質層および負極からなるユニットセルを外装体で外装
してシート形で容量1Ahのポリマー電解質電池を組み
立てた。その際、シール時の減圧レベルをコントロール
することにより、残存するCO2 などの気体がエアギャ
ップとして0.15ccになるようにした。
【0018】上記電池の概略構造を図1を参照しつつ説
明すると、シート状の正極1とシート状の負極2との間
にシート状のポリマー電解質層3が配置してユニットセ
ルが構成され、そのユニットセルをラミネートフィルム
からなる外装体4で外装している。そして、正極1と電
気的に接続する正極端子5が上記外装体4の外部に配置
し、負極2と電気的に接続する負極端子6が上記外装体
4の外部に配置している。
【0019】比較例1 電池組立時の雰囲気をドライエア雰囲気(このドライエ
ア雰囲気は露点−30℃の大気をドライボックスに流し
込むことによって形成した)にした以外は、実施例1と
同様にポリマー電解質電池を製造した。
【0020】比較例2 電池組立時の雰囲気をアルゴンガス雰囲気(このアルゴ
ンガス雰囲気は100%Ar循環式ドライボックスによ
り形成した)にした以外は、実施例1と同様にポリマー
電解質電池を製造した。
【0021】実施例2 実施例1と同様のCO2 雰囲気中において、エヤギャッ
プを0.1ccにした以外は、実施例1と同様にポリマ
ー電解質電池を製造した。なお、エアギャップを0.1
ccにするにあたっては、シール時の減圧度をエアギャ
ップを0.15ccにした時よりも高めることによって
エアギャップが0.1ccになるようにした。
【0022】比較例3 比較例1と同様のドライエア雰囲気中において、エアギ
ャップを0.1ccにした以外は、実施例1と同様にポ
リマー電解質電池を製造した。
【0023】比較例4 比較例2と同様のアルゴンガス雰囲気中において、エア
ギャップを0.1ccにした以外は、実施例1と同様に
ポリマー電解質電池を製造した。
【0024】上記実施例1〜2および比較例1〜4の電
池の内部抵抗、組立時および充電後の電池の膨れならび
にサイクル特性を調べた。その結果を表1に示す。
【0025】上記内部抵抗は両端子間の抵抗をLCRメ
ーターを用いて1kHz交流法により測定した。
【0026】また、電池の膨れは組立時および充電後に
目視によって調べ、その結果を大、中、なし、で表示す
るが、その大、中、なし、は次の状態にあることを示し
ている。なお、上記充電は4.2V、0.2Cで8時間
のCCCV(定電流電圧規制)で行なった。
【0027】 なし:見た目に膨れが認められない。 中 :わずかに膨れが認められる。 大 :見た目に大きな膨れが認められる。
【0028】また、サイクル特性は、4.2V、1Cの
CCCVで3時間充電、2.75V終止で1C放電のサ
イクル条件で100サイクルまで充放電を繰り返し、初
回と100サイクル目の放電容量の比率〔(100サイ
クル目の放電容量/初回の放電容量)×100〕で評価
した。
【0029】
【表1】
【0030】表1に示す結果から明らかに示すように、
CO2 雰囲気中で組み立てた実施例1〜2は、内部抵抗
が小さく、組立時には膨れがあるものの、充電後には膨
れがなくなり、サイクル特性が優れていた。
【0031】これに対して、ドライエア雰囲気中やアル
ゴン雰囲気中で組み立てた比較例1〜4は、実施例1〜
2に比べて内部抵抗が大きく、電池の膨れが充電後にも
残り、またサイクル特性も実施例1〜2に比べて劣って
いた。
【0032】なお、ポリマー電解質のゲル化に際して
は、上記実施例で示した以外に、例えば、ラジカル重合
型の不飽和ポリエステル、または、ラジカル重合型のア
クリル系エポキシアクリレート、ウレタンアクリレー
ト、ポリエステルアクリレート、アルキッドアクリレー
ト、シリコンアクリレートなどの光硬化性樹脂を紫外線
または電子線を用いてゲル化させるものであってもよ
い。また、ポリマー電解質層の作製も正極や負極などの
電極をゲル状でない通常の状態に作製し、その周囲を不
織布などの支持体で包囲し、それにゲル化成分を含有す
る電解液を含浸させてゲル化させることによってゲル状
ポリマー電解質にしてもよい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、電池
組立時の雰囲気をCO2 雰囲気にすることにより、充電
後にはエアギャップを実質上なくし、寸法精度が高く、
内部抵抗が小さく、かつサイクル特性が優れたポリマー
電解質電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリマー電解質電池の一例を模式
的に示す断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 ポリマー電解質層 4 外装体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、負極およびポリマー電解質層を有
    するポリマー電解質電池において、電池組立時の雰囲気
    がCO2 雰囲気であることを特徴とするポリマー電解質
    電池。
  2. 【請求項2】 電池組立時にエアギャップを構成する気
    体が実質上CO2 である請求項1記載のポリマー電解質
    電池。
  3. 【請求項3】 組立後、充電時に発生するリチウムまた
    は負極の炭素系材料の内部に層間化合物を形成するリチ
    ウムとの反応により負極に炭酸リチウムを形成し、エア
    ギャップ内部のCO2 を消費して実質上エアギャップを
    なくした請求項2記載のポリマー電解質電池。
JP11033216A 1999-02-10 1999-02-10 ポリマー電解質電池 Withdrawn JP2000231938A (ja)

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