JPH02162651A - 円筒型リチウム電池 - Google Patents

円筒型リチウム電池

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JPH02162651A
JPH02162651A JP63316124A JP31612488A JPH02162651A JP H02162651 A JPH02162651 A JP H02162651A JP 63316124 A JP63316124 A JP 63316124A JP 31612488 A JP31612488 A JP 31612488A JP H02162651 A JPH02162651 A JP H02162651A
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JP
Japan
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separator
battery
solid polymer
polymer electrolyte
electrode plate
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JP63316124A
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Toru Takahashi
透 高橋
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H01M6/181Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with polymeric electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、帯状の正負極板をセパレータ電解質を介して
巻回してなる円筒渦巻き型電池に関するものである。
[従来技術とその課題] 円筒渦巻き型リチウム電池は、正負両極板をセパレータ
を介して、渦巻き状に巻き込んだ電極群によって構成さ
れている。また、その形成方法としては、種々の方法が
知られている0例えば、セパレータを袋状にした中に正
極合剤シートを包み込み、さらに負極板を積み重ねて、
スパイラル状に巻き回し形成した後に、電池ケース内に
収容し。
これに液体電解質を注入してセパレータに含浸させ、電
池として形成させる方法が知られている。
一般的に、渦巻き型リチウム電池は、カメラの電源用な
どの大放電電流用途に用いられるため。
できるだけ内部抵抗を小さくすることが必須である。そ
のため、電極面積を広くし、また、セパレータ部分を薄
くする必要があり、セパレータとしては、例えば、ポリ
プロピレンフィルムを延伸した多孔質フィルムが用いら
れている。
セパレータを薄くすることにより、セバレータ部分の抵
抗が小さくなり、また同一電池容器内に収容する渦巻き
状極板群の寸法が長くなり、電極面積が大きくなり放電
電流の増大に有効である。
しかしながら、上記の電池作製方法には種々問題点があ
る0例えば、一方の極板を袋状セパレータで包む方法が
採られているが、この場合、極板の内側と外側とでセパ
レータに歪みが生じ、セパレータと極板との密着性が悪
いため、セパレータにシワができ、極板間の距離を増大
させるとともに、気泡がたまりやすく、電池の内部抵抗
が増大する。
また、巻き回し操作中に、セパレータフィルムの強度に
異方性があることや、正極合剤シートの表面が平滑でな
いなどの原因によりフィルムが破損しやすく、内部短絡
の原因となる。
これらの問題点を解決するために、すでに種々の方法が
開示されており、例えば、以下のようなものがある。
特開昭60−41772号(セパレータフィルムの微細
孔の長袖方向と、渦巻き電池の巻き方向を一致させる)
、特開昭60−79672号(セパレータの端部を集電
体に溶着固定させる)、特開昭61−74267号(セ
パレータに補強シートを用いる)、特開昭82−139
253号(Mn02の粒度を小さくそろえる)、特開昭
63−164170号(押さえ板を用いて巻き回す)な
どが知られている。しかし、これらの方法による改善は
充分とは言えず、また、工程が煩雑となる。
したがって、本発明の目的は、従来からの渦巻き型リチ
ウム電池の構成、および、その製造方法を改良すること
により、優れた性能を有するリチウム電池、および、そ
の簡便な製造方法を提供することである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、帯状の正負極板をセパレータを介して巻回し
た渦巻き状の電池であって、一方の極板の両面にセパレ
ータと電解質の機能を兼ねた固体高分子電解質のフィル
ムを一体化形成した後に、他方の極板を積層して渦巻き
状に巻いて作成されたことを特徴とする円筒型リチウム
電池を提案することにより、前記の目的を達成したもの
である。
本発明によれば、その電池の構成が、一方の極板と固体
高分子電解質フィルムからなるセパレータが一体成形さ
れた後に巻き回されているため。
従来のセパレータの多孔質フィルムのシワの発生などの
トラブルが無くなる。また、固体高分子電解質と極板と
を一体化形成させる方法も簡便であり、優れた性能を有
する円筒渦巻き状のリチウム電池を製造できる。
本発明における固体高分子電解質は、リチウムイオン塩
とイオン伝導性を有する高分子より構成される。リチウ
ムイオン塩としては、LiCJ104  、LiBF4
 、LiAsF6 。
LiPF6 、Li5CN、LiJL、LLBrなどが
、例として挙げられる。
イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオ
キシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンスルフ
ィド、ポリ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンサク
シネートなどの高分子、あるいは、ポリエチレングリコ
ールメタクリレートやポリエチレングリコールアクリレ
ートなどを重合した高分子、ポリエチレンオキシド付加
グリセリンをジイソシアネートで架橋して得られる高分
子、ポリエチレンオキシドを側鎖に有するポリシロキサ
ンやポリフォスフアゼンおよびその架橋高分子などが、
例として挙げられる。
また、これらの高分子の機械的特性の向上のためにポリ
ウレタンなどの熱可塑性エラストマーあるいは、高分子
量ポリエチレンオキシドなどを混合してもよい、また、
上記の有機高分子にイオン伝導性を増大させる目的で、
固体高分子電解質の機械的強度を損なわない範囲で、プ
ロピレンカーボネート、アセトニトリル、r−ブチロラ
クトン、エチレンカーボネート、テトラハイドロフラン
、ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシド。
ジオキソラン、スルホランなどの液体電解質の成分とし
て知られている有機溶媒、あるいは、低分子量のポリエ
チレングリコールやポリプロピレングリコールおよびそ
の共重合体などの液状物を含有させてもよい。
あるいはまた、上記の有機溶媒に前記リチウムイオン塩
を溶解させた液体電解質にポリアルキルメタアクリレー
トなどの高分子からなるゲル化剤を混合したもの、また
は、重合可能なモノマーおよび/またはマクロマー、非
水系溶媒、およびリチウムイオン塩からなる液状混合物
を、熱や活性光線の照射によりゲル化させたものも用い
ることができる。
活性光線で重合可能なモノマーおよびマクロマーとして
は、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステルの例と
して、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル
酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ペンチル、
アクリル酸アリール、メタクリル酸メチル、メタクリル
酸エチル。
メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリ
ル酸アリール、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2
−ヒドロキシエチルメタクリレ−)、1.13−ヘキサ
ンジオールアクリレート、l、6−ヘキサンジオールメ
タクリレートなどが挙げられる。
また、アクリロイル変成ポリアルキレンオキシドの例と
して、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチ
レングリコールメタクリレート。
トリエチレングリコールモノアクリレート、ポリエチレ
ングリコールモノアクリレート、メトキシテトラエチレ
ングリコールモノアクリレート。
フェノキシテトラエチレングリコールモノアクリレート
、トリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリエ
チレングリコールモノメタクリレート、メトキシポリエ
チレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレング
リコールジメタクリレート、トリエチレングリコールト
リメチロールプロパントリアクリレートなどがあり、あ
るいは上記のものでエチレングリコール構造をプロピレ
ングリコール構造に変えたものも用いることができる。
あるいは、エチレングリコール構造部分をエチレンオキ
シドとプロピレンオキシドのユニットのランダムあるい
は、ブロック共重合構造に変えたものも用いることがで
きる。
あるいは、UV硬化用塗料などに用いられる反応性オリ
ゴマーあるいはポリマーなとも用いることができる。例
えば、不飽和ポリエステルをアクリル酸で変性した不飽
和アクリレートプレポリマー、アクリル変性シロキサン
、アクリル変性ポリウレタンプレポリマーなどを挙げる
ことができる。これらは、2種以上併用することができ
る。
こらら以外にも、固体高分子電解質の機械的強度を向上
させるために、ポリウレタンなどのエラストマーや高分
子ポリエチレンキシドなどの高分子化合物を少量加えて
も良い。
上記のリチウムイオン塩の含量としては、上記のイオン
伝導性を有する高分子化合物および/または有機溶媒に
対して、0.01〜50wt%、好ましくは、0.1〜
30wt%の範囲が好ましい、上記リチウムイオンの含
有量が多すぎると過剰のリチウムイオン塩が、解離固溶
化せず、単に混在するのみとなり、イオン伝導性は低下
する。
また、含有量が少なすぎても、電荷キャリアーである解
離リチウムイオンが少なくなり、イオン伝導性は低下す
る。
また、上記のイオン伝導性固体高分子電解質のフィルム
の、4!!械的強度、特に電池積層時の圧縮によるフィ
ルム破損が原因である短絡を防止するため、シリカ、ア
ルミナ、ジルコニアなどの電子絶縁性微粉末を適宜に混
合しても良い。
本発明のリチウム電池の一方の極板の両面に。
上記のイオン伝導性固体高分子電解質のフィルムを形成
させる方法としては、上記の高分子化合物とリチウムイ
オン塩との両溶媒で均一溶液とし、均一な厚さになるよ
うに極板の両面に塗布した後に溶媒を除去してフィルム
を形成する方法、また、ポリエチレンマクロマーなどと
リチウムイオン塩からなる液状組成物を塗布した後に、
加熱あるいは活性光線の照射などにより高分子量化また
は架橋硬化してフィルムを形成する方法がある。
また、塗布方法としては、例えば、上記の液状組成物あ
るいは溶液に浸漬する方法、あるいは、ローラーコーテ
ィング、ドクターブレード、八−コーダ、シルクスクリ
ーンまたはスピンコードなどの手段を用いて均質な厚さ
になるように塗布してイオン伝導性固体高分子電解質の
フィルムを。
極板の両面に被覆して一体形成させる。
本発明における負極活物質としては、リチウムやリチウ
ム合金、例えば、リチウムとアルミニウム、水銀、亜鉛
などとの合金が挙げられる。これらのシート状物を集電
体として例えばステンレス網に圧着させて用いることが
できる。
また、正極活物質としては、例えば、二酸化マンガン、
三酸化モリブデン、五酸化バナジウム。
チタンあるいはニオブの硫化物、クロム酸化物。
酸化銅など、リチウム電池の正極活物質として知られて
いるものを用いることができる。正極としては、これら
の活物質に導電剤として例えば黒鉛など、さらに必要な
らばバインダーとして、例えば、ポリテトラフルオロエ
チレン、あるいは、前記の固体高分子電解質を混合して
、シート状に成形して用いられる。また、必要ならば、
シートの形状保持のため、内部にステンレス網などを保
持剤として用いてもよい。
この正極シートに前記固体高分子電解質で被覆一体成形
された負極シートを重ね合わせ、蓋付の集電棒を芯棒に
して、渦巻き状に巻き、筒型の電池ケースにいれて、電
解液を注液し封口することにより、本発明の電池が作成
される。
以下、本発明の円筒渦巻き型リチウム電池の実施例を詳
述する。
[実施例および比較例] 実施例1 負極板は、リチウム箔をステンレス製網(集電、体)に
圧着したものを用い、この両面にポリエチレングリコー
ルモノメタクリレート(新中村化学製、M−90G)2
53g<置部、ポリエチレングリコールジメタクリレー
ト(新中村化学製、9G)75重量部、ジメトキシポリ
エチレングリコール(旭電化製、0LE−400、平均
分子量400)100重量部、過塩素酸リチウム(Li
C立0/1)10重量部、および、増感剤として2.2
−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン0.1f4
i混合した液体組成物を塗布し、UVランプで照射して
、約20gm厚みの固体高分子電解質の塗膜を形成した
正極合剤として、二酸化マンガンを75重量部、アセチ
レンブラックを10重量部、および、前記の電解質膜と
同組成の重合物を15重量部混合し、これをステンレス
製金網を補強材に用いて正極シートを作成した。
前記の固体高分子電解質膜を被覆した負極板に、上記の
正極シートを積層して巻き回したものと、電解液として
、プロピレンカーボネートと1.2−ジメトキシエタン
の等容積混合物にLiClO4を1.0M/L溶解させ
たものとを、筒型の電池ケースに入れ、直径11.8m
m、高さ10.8mmの電池を作成した。
10ケ作成したがセパレータの電解質膜のシワの発生な
どによるトラブルは無かった。20℃で、1.5にΩの
定抵抗で放電特性を測定した。
180mAhの電池容量が得られた。
実施例2 実施例1において、固体高分子電解質の原料として、ポ
リエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学製
、4G)100重量部と、LiClO4をIM/L溶解
させたプロピレンカーボネート溶液200重量部、およ
び、増感剤として2.2−ジメトキシ−2−フェニルア
セトフェノン0.1重量部からなる液状組成物を用いた
以外は、実施例1と同様にして、電池を作成した。電池
容量は195mAhであった。
実施例3 実施例2において、原料の液状組成物にミクロガラスピ
ーズ(東芝バロティー二製GB 210)を30重量部
混合した以外は、実施例2と同様にして電池を作成した
。電池容量は193mAhであった。
比較例1 実施例1において、セパレータとして、多孔質ポリプロ
ピレンフィルム(ヘキストセラニーズ製、ジュラガード
)を用いて、正極シートを包みこみ。
電解質を含浸させて同様な電池を作成したが、作成した
10ケの電池のうち3ケはセパレータのシワの発生や破
損などの積層工程におけるトラブルが発生した。
[発明の効果] 本発明によれば、その電池の構成が、一方の極板と固体
高分子電解質フィルムからなるセパレータが一体成形さ
れた後に巻き回されているため、従来のセパレータの多
孔質フィルムのシワの発生などのトラブルが無くなる。
また、固体高分子電解質と極板とを一体化形成させる方
法も簡便であり、優れた性能を有する円筒渦巻き状のリ
チウム電池を製造できる。
特許出願人  宇部興産株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)帯状の正負極板をセパレータを介して巻回した渦
    巻き状の電池であって、一方の極板の両面にセパレータ
    と電解質の機能を兼ねた固体高分子電解質のフィルムを
    一体化形成した後に、他方の極板を積層して渦巻き状に
    巻いて作成されたことを特徴とする円筒渦巻き型リチウ
    ム電池。
  2. (2)該固体高分子電解質フィルムを一体化形成させる
    方法において、活性光線で重合可能なモノマーおよび/
    またはマクロマー、およびリチウムイオン塩からなる液
    状組成物を極板に塗布し、活性光線を照射させることを
    特徴とする特許請求の範囲の第1項記載の円筒渦巻き型
    リチウム電池。
JP63316124A 1988-12-16 1988-12-16 円筒型リチウム電池 Pending JPH02162651A (ja)

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