JPH02304863A - 非水電解液電池 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はリチウム、ナトリウムなどの軽金属を活物質と
する帯状負極と、金属の酸化物、硫化物あるいはハロゲ
ン化物などを活物質とする帯状正極との間に、セパレー
タを介在させ、これらを捲回してなる渦巻電極体を備え
た非水電解液電池に関するものである。

（ロ）従来の技術 電池から大きな電流を取り出そうとする場合には、一般
に電極体を渦巻状として、正、負極間の対向面積を大き
くする方法がとられる。しかし、有機電解液を用いる非
水電解液電池では、電解液の電気伝導度が比較的低いの
で対向面積を大きくするだけでは十分ではなく、電極間
距離をできるだけ小さくする必要がある。つまり、セパ
レータの厚みを薄くする必要がある。このような構造は
大電流を取り出すのに都合がよいが、セパレータに不織
布などを用いた場合には、外部短絡を起こし過大電流が
流れると、短絡電流によるジュール熱で電池が異常に高
温になることがある。

特開昭６０−２３９５４号公報では、上記外部短絡時に
於ける安全を確保するために、セパレータに微多孔膜を
用いることが提案されている。このようにセパレータに
微多孔膜を用いると、外部短絡が起きた場合においても
、短絡電流によるジュール熱で電池温度が上昇すると、
微多孔膜の微細孔が溶融物で閉塞されてイオンの移動を
阻止できる。これにより、電池内の電流が流れなくなる
ので、電池温度の上昇が抑制されて、セパレータに不織
布を用いた場合のように電池が異常に高温になることが
防止できる。また、特開昭６０−２３９５４号公報では
実施例においてポリプロピレン製とポリエチレン製の２
種類の微多孔膜が記載されているが、ポリエチレンの方
が融点が低いため、電池温度の上昇が小さくより安全で
ある。

ところが上記微多孔膜を用いた非水電解液電池において
、微多孔膜の膜厚による影響を考慮し、低温及び室温で
の大電流放電特性を改善しようとしたが、十分な効果が
得られなかった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであって、有
機電解液を用いる非水電解液電池の、低温及び室温作動
時における大電流放電の特性を改善しようとするもので
ある。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明の非水電解液電池は、軽金属を活物質とする帯状
負極と、帯状正極との間に、合成樹脂製の微多孔膜から
なるセパレータを介在させ、前記正、負極及びセパレー
タを捲回して構成した渦巻電極体を備え、前記微多孔膜
は、透気度が５０〜３５０ｓｅｃ／１００ｃｃ一枚、空
孔率が５０〜８０％、膜厚が１０〜４０μｍであること
を特徴とするものである。

ここで微多孔膜の主成分としては、ポリオレフィン系樹
脂が好ましく、特にポリエチレン、ポリプロピレン等が
好適である。

（ホ）作用 有機電解液を用いるこの種電池において、大電流を取り
出す方法としては、上述したように電極体を渦巻状にし
て正、負極間の対向面積を大きくすること、及びセパレ
ータを薄くして正、負極間の距離を短くすることが挙げ
られる。しかし、セパレータとして単に膜厚の薄い微多
孔膜を用いるだけでは、放電時のリチウムイオンの移動
距離が短くなるものの、低温での放電特性は十分に改善
されない。これは微多孔膜内でのリチウムイオンの移動
のし易さに起因していると考えられる。この膜内におけ
るリチウムイオンの移動の容易さは、微多孔膜の透気度
及び空孔率に大きく依存することが、本発明者の検討に
より判明した。つまり、微多孔膜の膜厚を１０〜４０μ
ｍとし、加えて透気度を５０−３５０ｓ、ｅｃ／１００
ｃｃ　・枚とし、更には空孔率を５０〜８０％と規定す
ることにより、リチウムイオンの移動距離や、低温及び
室温作動時におけるリチウムイオンの移動の容易さが相
互に効率良く改善しうる。その結果、低温及び室温作動
時における、この種電池の大電流放電の特性が向上する
。

（へ）実施例 二酸化マンガン、導電剤及び結着剤としてのフッ素樹脂
を、それぞれ８５：１０：５の重量比で混合しペースト
状としたものを、ステンレス製のラス板に塗着、乾燥し
た後、圧延を数回行なって所定の厚みにし、これを熱処
理して帯状正極を得た。

また、セパレータとしてポリエチレン含有量が９９重量
％以上であり、膜厚が２５μｍ、透気度が１７０ｓｅｃ
／１００ｃｃ　・枚、空孔率が６０％である微多孔膜を
用い、このセパレータで帯状リチウム負極の両面を覆っ
たものを用意する。

次いで、セパレータで覆ったリチウム負極に前記正極を
重ねて、これらを巻き取り渦巻を掻体を構成した。この
渦巻電極体を外装缶に挿入した後、プロピレンカーボネ
ート及びｌ、３−ジオキソランの混合溶媒に、過塩素酸
リチウムを溶解してなる電解液を注潰し、封口して本発
明電池Ａを作製した。

第１図は、上記電池の縦断面図である。第１図において
、１は正極、２は負極、３はセパレータ、４は外装缶、
５は封口蓋、６は絶縁パ・ソキング、７は負極リード、
８は正極リード、９は缶底絶縁板、ｌＯは絶縁部材であ
る。

また、同時に前記電池Ａにおいて、セパレータの膜厚、
透気度、空孔率及び材質を種々変化させ、その他は同一
の電池Ｂ−Ｎを作製し、これら電池Ａ−Ｎについてパル
ス放電特性比較試験を行なった。この時の条件は、室温
と、−２０℃において、１．ＯＡの電流で３秒間放電し
た後、７秒間放置し、これを繰り返し行なうものであり
、電池電圧が１．５Ｖの終止電圧になる迄のパルス回数
を測定するというものである。次表に、各電池のセパレ
ータの膜厚、透気度、空孔率及びパルス放電回数の相対
値を示す。尚、透気度はＪＩＳ−Ｐ８１１７に基づいて
測定した値であり、空孔率はセパレータの体積、材料の
比重、目付重量を基にし、以下の計算式により算出した
ものである。

また、パルス放電回数の相対値は、電池Ａのパルス放電
回数を１００として示しである。

第　　１　　表 栗：１を池作製時に内部短縮が生じて不良電池となり測
定できなかった。

第１表において、電池Ｍ、Ｎはポリプロピレン製のセパ
レータを使用しているが、他の電池は、ポリエチレン製
のセパレータを用いている。

第１表の電池Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇの結果より、膜厚と空孔率
が略同じ場合には透気度が小さくなる程、低温パルス放
電特性が向上する傾向があることがわかる。また電池Ａ
、Ｍ、Ｎの結果より、膜厚と透気度が略同じ場合には、
空孔率が小さくなる程（例えば空孔率４５％以下）、室
温パルス放電特性が低下する傾向が観察される。また電
池Ｂのように透気度が大きく　（例えば透気度９２０ｓ
ｅｃ／１００ｃｃ・枚）且つ空孔率が小さくなる（例え
ば空孔率５０％）と、低温及び室温でのパルス放電特性
が低下することがわかる。

一方、電池りのように透気度が適度（例えば透気度８０
ｓｅｃ／１００ｃｃ・枚）であり、空孔率が比較的大き
い（例えば空孔率７５％）ものは、両パルス特性共優れ
たものである。

また、電池Ｅ、Ｆの結果より、透気度が低くなり過ぎた
り（例えば４０ｓｅｃ／１００ｃｃ・枚以上）、空孔率
が大きくなり過ぎたり（例えば８５％以上）すると、セ
パレータとしての隔離性が十分でなく、電池作製時にセ
パレータを介して内部短絡を起こし電池不良となり、パ
ルス放電が行なえなくなるという不都合が生じることが
わかる。

第２図はセパレータの膜厚、空孔率が同じまたは類似し
た電池Ａ、Ｃ，Ｄ、Ｇにおける、セパレータの透気度と
、低温パルス放電回数相対値との関係を示す図である。

第２図より、透気度が３５０ｓｅｃ／１００ｃｃ・枚を
越えると、低温におけるパルス放電特性が低下すること
が理解される。

したがって、セパレータの透気度としては、５０〜３５
０ｓｅｃ／　１００ｃｃ・枚が好ましいと言える。

また同様に、第３図はセパレータの膜厚、透気度が同じ
または類似した電池Ａ、　Ｇ、　Ｍ、　Ｎにおける、セ
パレータの空孔率と、室温パルス放電回数相対値との関
係を示す図である。第３図より、空孔率が大きくなる程
、室温におけるパルス放電特性が向上し、５０％を境に
して、これより空孔率が小さくなると、室温パルス放電
特性が低下することが理解できる。

したがってセパレータの空孔率としては、５０〜８０％
とするのが望ましいと言える。

一方、セパレータの膜厚に関して、セパレータの透気度
と空孔率が近い値を有する電池Ａ、　Ｈ。

Ｉにおける第１表の結果を比較検討すると、膜厚が薄く
なる程、低温及び室温でのパルス放電特性が向上する傾
向があることが伺える。また、電池Ｊ、により、膜厚が
厚い（例えば８０μｍ）と、透気度が５０〜３５０ｓｅ
ｃ／１００ｃｃ・枚の範囲であり且つ空孔率が大きいに
もかかわらず、低温及び室温でのパルス放電特性が低下
することが明らかである。

よって膜厚の上限は、４０μｍとするのが望ましいこと
がわかる。一方、膜厚の下限については、膜厚が薄すぎ
ると、電池作製時に、セパレータを介して内部短絡が多
発することから、膜厚の下限は１０μｍとするのが好ま
しい。

したがってセパレータの膜厚としては、１０〜４０μｍ
とするのが望ましいと言える。

以上、詳述した実施例では、セパレータとじて純度９９
重斌％以上のポリエチレン微多孔膜もしくは純度９９重
量％以上のポリプロピレン微多孔膜を用いたが、電池温
度が上昇した時にはセパレータが溶融し、絶縁膜化する
ものであれば使用可能である。ただし、ポリエチレンの
方がポリプロピレンより融点が低いため、より有効であ
り、ポリエチレンと他の樹脂との混合物や共重合体など
も有効である。

（ト）発明の効果 以上の如く、本発明では非水系電解液電池のセパレータ
として用いる微多孔膜において、透気度を５０〜３５０
ｓｅｃ／１００ｃｃ一枚、空孔率を５０−８０％、膜厚
を１０〜４０μｍと規定しているので、リチウムイオン
の移動距離や、低温及び室温作動時におけるリチウムイ
オンの移動の容易さが、相互に効率良く改善しうる。そ
の結果、低温及び室温作動時における、この種を池の大
電流放電特性を向上しうるちのであり、その工業的価値
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる渦巻電極体を備えた電池の
縦断面図、第２図はセパレータの透気度と低温パルス放
電回数相対値との関係を示す図、第３図はセパレータの
空孔率と室温パルス放電回数相対値との関係を示す図で
ある。 １・・・正極、２・・・負楊、３・・・セパレータ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）軽金属を活物質とする帯状負極と、帯状正極との
   間に、合成樹脂製の微多孔膜からなるセパレータを介在
   させ、前記正、負極及びセパレータを捲回して構成した
   渦巻電極体を備え、 前記微多孔膜は、透気度が５０〜３５０ｓｅｃ／１００
   ｃｃ・枚、空孔率が５０〜８０％、膜厚が１０〜４０μ
   ｍであることを特徴とする非水電解液電池。
2. （２）前記微多孔膜の主成分が、ポリオレフィン系樹脂
   であることを特徴とする請求項（１）記載の非水電解液
   電池。
3. （３）前記微多孔膜の主成分が、ポリエチレンであるこ
   とを特徴とする請求項　記載の非水電解液電池。
4. （４）前記微多孔膜の主成分が、ポリプロピレンである
   ことを特徴とする請求項（２）載の非水電解液電池。