JP2000285909A - リチウムイオン２次電池の電極板試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極板の電気的な性能を簡便、かつ短時間で正
確に行うことができるリチウムイオン２次電池に用いる
電極板の性能を評価する電極板試験装置を提供するもの
である。 【解決手段】リチウムイオン２次電池に用いる電極の性
能を評価する電極板試験装置であって、該試験装置は、
リチウム対象電極板、セパレータ、試験電極板の順に積
層される試験発電要素体を収容できるハウジングを有
し、該ハウジング内には試験電極の位置決めをするため
の電極ガイドが設置されるとともに、上記試験電極板を
押圧するための試験電極押板が収容され、上記試験電極
ガイドには、試験電極板から発生するガス抜き孔が設け
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン２
次電池に用いる電極板の性能を評価する電極板試験装置
に関するものである。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】リチウ
ムイオン二次電池は、リチウムイオンを用いるため高容
量化が可能となり、最近では携帯電話や電子端末機など
の電源として広く普及されつつある。特にリチウムイオ
ン電池の性能向上に大きく寄与する電極材料は、例えば
正極では、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂な
どが、負極では、リチウム金属やその合金、炭素材料
が、開発研究されているが、放電容量等の電気的な特性
をさらに向上させるべく、材料の改良が行われている。
一方、研究開発された電極材料は、実際の電気的特性を
調査するために、開発された電極材料を集電体に塗布し
て電極板とし、この電極板についての放電容量等の電気
的な特性を試験する。図１に従来までの電極板の試験装
置の断面図を示した。 ハウジング１の底面にリチウム
対象電極板２、セパレータ３、試験電極板４の順で積層
されて試験発電要素体が構成されている。試験電極板４
がリチウム対象電極板２の直上に位置決めができるよう
に、ハウジング１内には電極ガイド５が設置されてい
る。さらに、試験電極板４がリチウム対象電極板２に対
して均等に押圧するように電極押板６がハウジング１内
に収容されている。 試験電極板４は、セパレータ３、
電極ガイド５、電極押板６によって包囲されている。電
極板を試験する場合には、発電要素体に電解液６を添加
し（図示せず）、ハウジングから引き出した負極のリー
ド線７、及び電極押板から引き出した正極のリード線８
との間に放電容量を測定できる充放電容量計９を接続し
て、試験電極板の電気的性能を評価する。

【０００３】しかしながら、従来の電極板試験装置では
以下の問題があった。 リチウム２次電池では、正極で
は、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂などが、
負極では、リチウム金属やその合金、炭素材料が、研究
対象とされていることは上記したが、これらの電極材料
を用いて電気的試験を行なった場合には、セパレータと
試験電極板との間に電解液分解によるガスが発生し、そ
の結果、試験電極板の正確な評価ができないという問題
があった。このガス発生は、初回の電気試験時に特に多
く発生するので、正確な測定をするためには、電気試験
時に発生したガスを除去するために一旦電極板試験装置
分解しなければならず、かなりの労力と時間を要した。

【０００４】本発明は、上記課題を解消するためになさ
れたものであり、電極板の電気的な性能を簡便に、かつ
短時間で正確に行うことができるリチウムイオン２次電
池に用いる電極板の性能を評価する電極板試験装置を提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、リチウムイ
オン２次電池に用いる電極の性能を評価する電極板試験
装置であって、該試験装置は、リチウム対象電極板、セ
パレータ、試験電極板の順に積層される試験発電要素体
を収容できるハウジングを有し、該ハウジング内には試
験電極の位置決めをするための電極ガイドが設置される
とともに、上記試験電極板を押圧するための試験電極押
板が収容され、上記試験電極ガイドには、試験電極板か
ら発生するガスのガス抜き孔が設けていることを特徴と
するリチウムイオン２次電池の電極板試験装置によって
解決される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明のリチウムイオン２
次電池の電極板試験装置について図面を示しながら説明
する。図２に本発明の電極板の試験装置の断面図を示し
た。 ＳＵＳ、アルミニウム等の導電材料からなるハウ
ジング１の底面にはリチウム対象電極板２が設置され、
リチウム対象電極板２と試験電極板４との間にはセパレ
ータ３が介在している。セパレータ３は、リチウム対象
電極板２と試験電極板４とが完全に絶縁しうるように、
各電極板よりも大きいものが用いられる。セパレータ
は、実際の電池に用いられる材料を用いる方が好ましい
が、通常用いられるものであれば特に制限はなく、例え
ば、ポリプロピレン層、ポリエチレン層、ポリプロピレ
ン層の順に３層に積層されてなる３層セパレータ、ポリ
エチレン単層セパレータ、ポリプロピレン単層セパレー
タ、ポリエステルセパレータなどが挙げられ、安全性の
点から特に、３層セパレータが使用できる。

【０００７】また、本発明において使用される試験電極
板の基本的な構成は、集電体に負極活物質を塗布してな
る負極電極板または集電体に正極活物質を塗布してなる
正極電極板であって、これらの試験電極板とセパレー
タ、セパレータとリチウム対極との間にはリチウムイオ
ンを伝導させる電解液が添加され、試験発電要素体が構
成される。

【０００８】負極活物質はリチウムを吸蔵・放出可能な
物質からなるものであれば特に制限はない。リチウムを
吸蔵・放出可能な物質としてはリチウム金属やその合
金、炭素材料などが挙げられる。炭素材料について詳し
く説明すると、本発明には各種天然や人造の炭素材料が
適用でき、例えば、ピッチコークスや石油コークスなど
のコークス、黒鉛、熱分解炭素、炭素繊維、活性炭など
が挙げられ、その形状もファイバ状、鱗片状、または球
状など適宜の形状であってよい。本発明においては、上
記リチウムを吸蔵・放出可能な物質の中でも安全性の点
から炭素材料が好適に用いられ、なかでも高容量化及び
サイクル特性の点から特にファイバ状黒鉛が好適に用い
られる。

【０００９】上記炭素材料は、例えば、ポリビニリデン
フルオリドなどの結着剤と共に銅箔などの金属集電体上
に積層され、負極活物質層を形成する。負極活物質層の
形成方法は特に制限はなく、例えば、上記炭素材料と結
着剤とをＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散
させてぺ一スト状とし、該ぺ一ストを金属集電体の両面
に均一の厚さに塗付し、乾燥させて溶剤を揮発させた
後、これをローラープレス機などで圧延するなどして活
物質層を形成することなどが挙げられる。

【００１０】また本発明において、正極活物質は上記リ
チウムを吸蔵・放出可能な物質からなる負極と共に用い
られるものであれば特に制限はない。例えば負極が上記
炭素材料である場合には、正極にはリチウム遷移金属複
合酸化物が用いられる。リチウム遷移金属複合酸化物に
おいて、遷移金属としては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれ
かが好ましく、具体例を挙げると、例えば、リチウムコ
バルト複合酸化物としてはＬｉＣｏＯ₂が挙げられ、ま
た、ＬｉＣｏ_xＰ_1-xＯ₂（０＜Ｘ＜１）などのＣｏの一
部を他の元素（Ｐ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｎｉなど）と置換した
ものなどが挙げられる。また、リチウムマンガン複合酸
化物としてはＬｉＭｎＯ₂やＬｉＭｎ_xＰ_{1- x}Ｏ２（０＜
Ｘ＜１）などのＭｎの一部を他の元素（Ｐ、Ａｌ、Ｎ
ｉ、Ｃｏなど）と置換したものなどが挙げられる。ま
た、リチウムニッケル複合酸化物としても同様に、Ｌｉ
ＮｉＯ₂、ＬｉＮｉ_xＰ_1-xＯ₂（０＜Ｘ＜１）などのＭｎ
の一部を他の元素（Ｐ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｏなど）と置換
したものなどが挙げられる。

【００１１】上記のリチウム遷移金属複合酸化物は、例
えば、ポリビニリデンフルオリドなどの結着剤、カーボ
ンブラックなどの導電剤と共にアルミ箔などの金属集電
体上に積層され、正極活物質層を形成する。正極活物質
層の形成方法は特に制限はなく、例えば、上記ＬｉＭＯ
系（Ｍは遷移金属）複合酸化物、結着剤、及び導電剤を
Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてぺ
ースト状とし、該ぺーストを金属集電体の両面に均一の
厚さに塗付し、乾燥させて溶剤を揮発させた後、これを
ローラープレス機などで圧延するなどして活物質層を形
成することなどが挙げられる。

【００１２】試験電極板４は、充放電を電極板で均一に
行うために、ハウジング１内に収容されている電極押板
６にて、リチウム対象電極板２に対して均等に押圧され
ている。このため、電極押板６の試験電極板４に対向す
る面は、出来る限りフラットな状態とする。

【００１３】本発明の電極板試験装置では、試験電極板
４がリチウム対極上に完全に対向できるように位置決め
される必要がある。このために、ハウジング１内には電
極ガイド５が設置されている。上記電極ガイド５には、
試験電極板から発生するガスのガス抜き孔が設けてい
る。ガス抜き孔が設けている電極ガイドの一例を図３に
示す。図３（ａ）は、電極ガイドの下面図であり、図３
（ｂ）は、電極ガイドの側面図である。充電時に電極板
表面から発生する電解液の分解ガスは、ガス抜き孔３１
を通じて大気中に放出される。このため、たとえ初回の
充電時にセパレータと試験電極板との間にガスが発生し
ても、試験電極板の正確な評価ができる。図４は、電極
ガイドの変形例である。電極ガイドの内周面にガス抜き
溝を設けている。 図５も、電極ガイドの変形例であ
り、電極ガイドの内周面から電極ガイド内部を挿通した
ガス抜き孔が設けられている

【００１４】電極板を試験する場合には、発電要素体に
電解液６を添加し、ハウジングから引き出した負極のリ
ード線７、及び電極押板から引き出したリード線８との
間に放電容量を測定できる充放電容量計９を接続して、
試験電極板の電気的性能を評価する。

【００１５】また、本発明に用いられる非水電解液とし
ては、通常用いられるものであれば特に制限はない。リ
チウム二次電池の非水電解液は、高誘電率溶媒と低粘度
溶媒とを混合した混合溶媒からなる有機溶媒とリチウム
塩とからなるのが一般的であり、本発明においては、高
誘電率溶媒であるエチレンカーボネイト、プロピレンカ
ーボネイト、ジメチルスルホキシド、γ−ブチルラクト
ンなどと、低粘度溶媒であるジメチルカーボネイト、ジ
エチルカーボネイト、エチルメチルカーボネイト、ジオ
キソラン、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエ
タンなどとを適宜組み合わせて混合溶媒とし、該混合溶
媒にＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄などのリチウム塩を配合して
非水電解液とすればよい。

【００１６】［実施例］銅板厚さ１ｍｍの片面に厚さ６
０μｍの負極活物質であるグラファイト層を積層した電
極板（サイズ１６ｍｍφ）を作成し、この電極板につい
て放電容量の測定を行なった。図２は、実施例で用いた
放電容量試験装置である。また、図３は実施例で用いた
電極ガイドで、ガス抜き孔５１が設けられている。電極
ガイドの外径は２４ｍｍφ、内径は１６ｍｍφ、ガス抜
き孔の孔径は、１．８ｍｍφである。なお、セパレータ
には、ポリエチレン単層セパレーター、電解液にはカー
ボネイト系電解液を用いた。

【００１７】電気試験方法は以下の条件で行なった。 充電：定電流−定電圧法（３ｍA，０．０１V），６時間 放電：定電流法（１．２mA），１．５Vカットオフ １サイクル：［充電−1時間休止−放電−1時間休止］ ［比較例］電極ガイドにはガス抜き孔がない以外は、実
施例と同様にして放電容量試験を行なった。実施例、比
較例のサイクル特性の結果を表１に示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、リチウムイオン２次電
池に用いる電極板の電気的な性能を簡便、かつ短時間で
正確に行うことができる。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月３０日（１９９９．６．３
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来までの電極板の試験装置の断面図であ
る。

【図２】 本発明の電極板の試験装置の断面図である。

【図３】 本発明の電極ガイドである。

【図４】 本発明の電極ガイドの変形例である。

【図５】 本発明の電極ガイドの変形例である。

【符号の説明】 １ ハウジング ２ リチウム対象電極板 ３ セパレータ ４ 試験電極板 ５ 電極ガイド ６ 電極押板 ３１ ガス抜き孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウムイオン２次電池に用いる電極の
   性能を評価する電極板試験装置であって、該試験装置
   は、リチウム対象電極板、セパレータ、試験電極板の順
   に積層される試験発電要素体を収容できるハウジングを
   有し、該ハウジング内には試験電極の位置決めをするた
   めの電極ガイドが設置されるとともに、上記試験電極板
   を押圧するための試験電極押板が収容され、上記試験電
   極ガイドには、試験電極板から発生するガスのガス抜き
   孔が設けていることを特徴とするリチウムイオン２次電
   池の電極板試験装置。
2. 【請求項２】 上記試験電極ガイドには試験発電要素体
   に対向する面にガス抜き孔が設けられている請求項１記
   載リチウムイオン２次電池の電極板試験装置。