JPH03112069A - 有機電解液電池 - Google Patents

有機電解液電池

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JPH03112069A
JPH03112069A JP1249972A JP24997289A JPH03112069A JP H03112069 A JPH03112069 A JP H03112069A JP 1249972 A JP1249972 A JP 1249972A JP 24997289 A JP24997289 A JP 24997289A JP H03112069 A JPH03112069 A JP H03112069A
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battery
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Hisashi Tsukamoto
寿 塚本
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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、有機電解液電池に関するものである。
従来の技術 有機電解液電池は、水の電気分解がおきないので、電位
差が大きい活物質を組み合わせて用いることができる。
とくに、1ファラデー当りの重量が軽いリチウムを負極
活物質に用いることができるので、従来の水溶液系電池
に比較してエネルギー密度をはるかに高くてきる。
現在、有機電解液を用いた一次電池は、い/MnO2+
 Li/FeS2.およびL i /CuOなどの電池
系が実用化されている。しかし、二次電池では、比較的
浅い充放電を繰り返すことができるものが実用化されて
いるだけであって、深い充放電サイクルに耐えうるもの
はまだ実用化されていない。
発明が解決しようとする課題 従来の有機電解液電池は、深い充放電を繰り返すと放電
容量が著しく低下した。この原因の一つとして、充放電
を繰り返すと、い負極板またはLi−Alなどの1合金
負極板の表面に放電が困難なデンドライトが成長するこ
とがある。デンドライトの成長は、充放電の深度が深い
ほど、また、充放電の電流密度が大きいほど促進される
。このため、深い充放電をおこなう場合には、負極を箔
状金属板として正極との対向面積を大きくして、電流密
度を低下させることによりデンドライトの成長を抑制し
ていた。しかし、後述の実施例にしめすように、箔状金
属板を用いた従来法では、電流密度の低減が充分でない
ために、デンドライトの抑制効果が充分てなく充放電サ
イクル寿命がきわめて短かフた。また、対向面積の増加
は、セパレーター量の増加をまねくので、電池のエネル
ギー密度を低下させる欠点があった。
容量低下の他の要因として、正極活物質がリチウムの吸
蔵・放出にともなって膨張・収縮を繰り返す結果、正極
活物質と集電体との電気的接続が失われることがある。
このような、活物質の膨張・収縮は、深い充放電をおこ
なうほど大きい。従来は、正極活物質と導電助材とを混
合したものにテフロンディスバージョンなどの有機物結
着材を正極活物質100重量部に対してlO〜20屯量
部添加したものを集電体に塗布することにより、活物質
と集電体との電気的接続を保つようにしていた。しかし
、有機物結着材は、結着力が弱いので深い充放電を繰り
返した場合には、活物質の集電体からの剥離がおこり放
電容1が低下した。
上記のように、従来のリチウム二次電池は、深い充放電
を繰り返すと放電容量が著しく低下していたので、この
ような低下のない電池が望まれていた。
課題を解決するための技術的手段 本発明の有機電解液電池は、活物質を編組式チューブに
充填することによって前記の問題を解決するものである
作用 本発明では、編組式チューブを用いることによって、従
来用いられていなかった粒状または粉末状の負極活物質
を用いることができる。すなわち、負極活物質としてL
1扮末、Li−AlおよびLi−BなどのLi合金粉末
、およびこれらの活物質粉末に導電性の結着材としてア
ルミニウム粉末、銀粉末および鉄粉末などの金属粉末を
混合したものを用いることができる。このように粒状ま
たは粉末状の活物質を用いると、負極活物質の表面積を
著しく増大できるので、充放電時の電流密度が低下して
、負極のデンドライトの成長が抑制されて、充放電サイ
クル寿命が向上する。
また、正極の場合には、二酸化マンカンまたはリチウム
・コバルト複合酸化物などの正極活物質を編組式チュー
ブに充填して圧迫保持することにより充放電サイクルを
繰り返した場合にも活物質と集電体との電気的接続を長
期間良好に保つことができるので、充放電サイクル寿命
を向上できる。
さらに、本発明の編組式チューブを用いる゛と、正極活
物質の脱落が効果的に防止されるので、有機物結着材の
添加量を減少させることができる。
この場合、正極の利用率が増加するというまったく新し
い効果が得られた。これは、有機結着材の減少によって
、正極活物質と電解液との濡れ性が著しく改善された結
果によるものと考えられる。
上記の作用の結果、本発明を用いた有81電解液電池は
、充放電サイクル寿命が従来の有機電解液電池に比べて
著し゛く向上し、しかも放電容量が増加する。
なお、後述の実施例の電池(B)にしめすように、活物
質の一方のみを本発明の編組式チューブに充填して、他
方の活物質を編組式チューブと電池ケースとの間に充填
してもよい。
実施例 以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
本発明の角形電池(A)を次のように構成した。
すなわち、正極活物質に理論容量が1200mAl+(
4,38g)のリチウム・コバルト複合酸化物(Lix
Co02)を用いて、負極活物質に理論容量が6000
mAh(8,18g)のLi−Al合金粉末(い含有f
ix 19wt$)を用いて、電解液にγ−ブチロラク
トンに1モルの四フッ化リチウムを溶解させたものを用
いた有機電解液電池において、それぞれの活物質を本発
明の縁組式チューブに充填して角型電池ケースに収納し
た電池を本発明の電池(A)とする。電池(A)の一部
欠裁断面図を第一図にしめす。図中(1)は、ガラス繊
維を編み組んで形成した本発明のgMi式チューブであ
り、100重量部の正極活物質に対して、5重量部のア
セチレンブラックおよび固形分が5重量部のテフロンデ
ィスバージョンを混合して充填しである。
ここで、テフロンディスバージョンは、従来の添加量(
10〜20重量部)に比べてはるかに少ない添加量とな
っている。図中(2)は、負極活物質を充填した本発明
の編組式チューブであり、ポリプロピレン繊維を編み組
んで形成したものである。すなわち、正極活物質は、酸
化力が非常に強く、充放電サイクルの進行にともなう活
物質の膨張も大きいので、耐酸化性および耐溶剤性が高
くて機械的強度に優れたガラス繊維製編組式チューブを
用いている。これに対して、負極には、比較的低コスト
の合成樹脂製編組式チューブを用いている。図中(3)
は、ニッケルのエキスバンドネットを巻回してなる集電
体をしめす。図中(4)は、編組式チューブの両端面を
塞ぐポリエチレン製の栓である。また、図中(5)は、
ニッケル製端子をしめす。電池ケース(6)は、ポリプ
ロピレン製であり、電池外部からの水分の浸透を防止す
る目的でアルミ箔の外装材で包み込まれている。
つぎに、本発明の円筒型電池(B)を次のように構成し
た。すなわち、電池(A)の正極編組式チューブ(1)
にポリエチレン製の微孔セパレーター(7)およびポリ
プロピレン製の不織布セパレーター(8)を巻回した後
、ポリエチレン樹脂の穿孔板からなる保護管(9)に挿
入して、円筒型金属ケース(10)に挿入した。そして
、保護管(9)と円筒ケース(10)との間に、負極活
物質として電池(A)と同量のい−A1合金粉末(理論
容量 6000 m A 11 )を充填した。本電池
において、保護管(9)は、編組式チューブの機械的強
度を向上する効果、および編組式チューブに巻回した微
孔セパレーター(7)および不織布セパレーター(8)
が負極活物質によって破損されることを防ぐ効果を有し
ている。電池(B)の一部欠裁断面図を第二図にしめす
つぎに、本発明の他の円筒型電池(C)を以下のように
構成した。すなわち、負極活物質の1−A1合金粉末(
LI含有量19wtχ)にアルミニウム粉末を20重量
部添加して、他の構成を円筒型電池(B)と同様にした
つぎに、比較のための従来の円筒型電池(D)。
(E)、および(F)を次のように構成した。すなわち
、100重量部の正極活物質(リチウム・コバルト複合
酸化物、理論容量:  1200 mAh)に、導電助
材として5重量部のアセチレンブラックを混合し、さら
に結着材として、10.15および20重量部のテフロ
ンディスバージョンを混合したものをそれぞれニッケル
のエキスバンドネットに塗布して正極板とした。この正
極板(11)、(11’)、および(11”)とリチウ
ム箔からなる負極板(12)(理論容量: 6000 
mAh)とをポリエチレン製の微孔セパレーター(7)
、およびポリプロピレン製の不m布のセパレーター(8
)を介して対向させて巻回して円筒型電池ケースに収納
した。これらの電池の一部欠裁断面図を第三図にしめす
上記の電池(A)、  (B)、  (C)、  (D
)。
(E)および(F)について、正極の理論容量を基準と
して10時間率(充放電電流:120mA)で充電終止
電圧4.3Vおよび放電終止電圧3゜OVの充放電サイ
クル試験をおこなった。充放電サイクルの進行にともな
う放電容量の変化を第四図にしめず。
従来の電池(D>、  (E)および(F)は、本発明
の電池に比較してサイクル寿命が短かった。
この原因は、次のように考えられる。すなわち、負極に
L1箔を用いているので、デンドライトが成長して負極
利用率が急速に低下したこと、および、有機物結着材の
結着力が弱いために、サイクルの進行にともなって正極
活物質と集電体との電気的接続が失われて正極利用率が
低下したことに起因するものと考えられる。また、テフ
ロンディスバージョンの添加量を増加させるとサイクル
寿命は長くなったが、放電容量は低下した。これは、結
着材を増加させると正極板と集電体との剥離が抑制され
るが、活物質と電解液との濡れ性が低下して正極活物質
の利用率が低下したためと考えられる。
本発明にもとづ< (A)、  (B)、  および(
C)の電池は、従来の電池に比較して、サイクル寿命性
能が長く、しかも活物質利用率が増加した。これは、本
発明の編組式チューブを用いることにより、テフロンデ
ィスバージョンの添加量を減少させることができたため
に、活物質の濡れ性が向上したこと、および、活物質が
適度に圧迫保持されるので深い充放電サイクルを繰り返
しても活物質と集電体との電気的接続を良好に維持でき
ること、そして負極活物質に従来用いることのできなか
った粉末活物質を用いることができたので充放電電流密
度が著しく減少して放電が困難なデンドライトの生成が
抑制されたことに起因するものと考えられる。
また、本発明の円筒型電池(B)は、角型電池(A)に
比較して電池内のデッドスペースを少なくできるのでエ
ネルギー密度をより高くてきる。
また、円筒型電池(C)は、はぼ同様の構成を有する円
筒型電池(B)より長い寿命性能を有する。
これは、負極活物質に添加したアルミニウム粉末が導電
性の結着材として機能するために負極の崩壊が抑制され
たことに起因するものと考えられる。
このような効果を有する金属粉末としては、アルミニウ
ム以外に銀粉末および鉄粉末がある。
効  果 以上のごとく本発明は、有機電解液電池の放電容量を増
加させるとともに充放電サイクル寿命性能を著しく向上
できるので、その工業的価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】 第一図は、本発明の実施例の角型電池(A)の一部欠裁
断面図である。第二図は、本発明の実施例の円筒型電池
(B)の一部欠裁断面図である。 第三図は、従来の電池(D)の一部欠裁断面図である。 図中記号は、以下の内容をしめす。 (1):正極活物質を充填した本発明のガラス繊維8j
!編■式チューブ (2):負極活物質を充填した本発明の合成樹脂繊維製
編組式チューブ (3):ニッケルのエキスバンドネットを巻回してなる
集電体 (4)二編絹式チューブの両端面を塞ぐポリエチレン製
の栓 (5):ニッケル製端子 (6)ニアルミ外装式ポリプロピレン製電池ケース (7):合成樹脂製微孔セパレーター (8):合成樹脂製不織布セパレーター(9)二合成樹
脂製の穿孔板からなる保護管(10):金属製円筒型電
池ケース 第四図は、本発明の電池(A)、  (B)、  (C
)と従来の電池(D)、  (E)、  (F)との充
放電サイクル寿命特性の比較をしめず。 卑三

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 活物質を編組式チューブに充填したことを特徴とする有
    機電解液電池。
JP1249972A 1989-09-26 1989-09-26 有機電解液電池 Expired - Lifetime JP3021482B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001084650A3 (en) * 2000-05-04 2002-01-24 Rafael Armament Dev Authority A NEW Fe-Li-Al ANODE COMPOSITE AND THERMAL BATTERY CONTAINING THE SAME

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001084650A3 (en) * 2000-05-04 2002-01-24 Rafael Armament Dev Authority A NEW Fe-Li-Al ANODE COMPOSITE AND THERMAL BATTERY CONTAINING THE SAME
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