JPH0432159A - 非水電解質二次電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非水電解質二次電池特にリチウム二次電池の
負極劣化の改善に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、アルミニウム材にリチウムを電気化学的に合
金化した負極の電解質と接する面に格子状の溝を設け、
その反対側の面にリチウム金属と合金化しにくい金属層
を設けた負極にするとにより、充放電に伴う負極の劣化
を防止し、充放電サイクル特性の優れた非電解質二次電
池を提供するものである。

〔従来の技術〕

リチウム金属を負極活性物質として用いる二次電池、所
謂リチウム二次電池は、高電圧、高エネルギ密度である
ため、非水溶液を電解質として実用に供されているが、
充放電サイクル特性向上のためリチウムはアルミニウム
と合金化されて実用している。

〔発明が解決しようとする課題〕

リチウム−アルミニウム合金を負極に用いたとしても、
充放電に伴う体積変化により、負極に歪が生じて亀裂が
発生し、やがて崩壊に至ったりする。また、負極と集電
体との間に絶縁部を形成し、充放電サイクル特性が低下
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記課題を解決するために、電解液と接する
面に格子状の溝と、その反対の面に形成したリチウムと
電気化学的に合金化しにくい金属層とよりなるアルミニ
ウム−リチウム合金より構成された負極を持つ非水電解
質二次電池とする。

〔作用〕

充放電に伴うアルミニウム−リチウム合金よりなる負極
の応力・歪は、負極へのリチウムの出入りにより生じる
ものである。負極の電解質と接する面に微細な溝を格子
状に設けることにより、負極へのリチウムの出入りによ
り生じる応力・歪が緩和され、負極の電極劣化の原因と
なる亀裂の生成か抑えられる。また、負極の反対面には
、リチウムと合金化されにくい金属層が形成されている
ため、リチウムに作用されなく、負極へのリチウムの出
入りにより生じる応力・歪がその面には発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の一実施例による偏平型非水電解質二次
電池の断面図を示すものである。負極１は負極缶２の内
側底面に固着した負極集電体３に圧着されている。正極
４も同様に正極缶５の内側底面に固着している正極集電
体６に圧着されている。

セパレータ７は負極１と正極４の間に設けられており、
非水電解質が含浸されている。正極缶５と負極缶２の外
形よりなる電池寸法は直径２０．０ｍ高さ３．０鶴であ
る。

正極４としてはＭｎＯ２、ｖ２０１、Ｖ６Ｏ１３、Ｍｏ
ｂ、、Ｃｒ３０Ｂなどの酸化物や、Ｔｉ５ｚ、ＭｏＳ２
などの遷移金属ジカルコゲナイトや、Ｎｂ５ｅｓ　、Ｍ
ｏＳ＊などの遷移金属トリカルコゲナイドや、更にＮ１
ＰＳ：＋　、Ｆｅ０Ｃ１などの化合物や、炭素およびポ
リピロール、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポ
リアニリン等の導電性高分子からなる。また、非水溶液
電解質（電解液）は溶媒としてプロピレンカーボネート
、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチ
ルスルフオキシド、スルフオラン、１，３−ジオキソラ
ン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、テトラヒドロ
フラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１．２−ジオ
キソランなどを単体または混合したものである。ン容質
としては、ＬｉＡｓＦい　ＬｉＣ１０いＬｉＢＦａ　、
ｔ、ｉｐｌ’６　、Ｌｉｃｐ３ｓｏ３、ＬｉＡＩＣ１ｍ
などを０．５から３．０モル／ｌ程度溶媒に添加し、そ
の他に２−メチルフラン、チオフェン、ピロール、ヘキ
サメチルフォリソクトリアミド、クラウンエーテル類な
どを微量添加してもよい。

本実施例では以下電解質として、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、２−メチルテトラヒドロフ
ランを体積で１：１：２の割合で混合したものにＬｉＰ
Ｆ６を１モル／７！添加したものを用いた。正極として
ＭｎＯ□とエチレンブラックと弗素樹脂を重量で８５：
１０：５の割合で混合し加圧成形したものを使用した。

負極１は第２図に示したように、負極１の電解質と接触
する面に、間隔およそ１００　μ調、幅およそ１５μ観
、深さ約６０μｍの格子状の溝を形成した。

なお、負極１はメツキ電極の負極に一方の面にニッケル
ＪｉｌＯを形成した約１寵厚さのアルミニウム金属板を
装着し、その正極にリチウム金属を設けて、電気化学的
にリチウムをアルミニウム金属板に析出させて、合金化
させる。つまり、負極１用のアルミニウム合金９ができ
る。なお、格子状の溝はリチウムを電気化学的に合金化
させる前にアルミニウム金属板に形成する。負極１のア
ルミニウム合金の成分はおよそ原子比でリチウム３０ニ
アルミニウム７０である。

リチウム金属と電気化学的に合金化されにくい金属とし
て本実施例ではニッケルＮにノケル箔）１０を用いたが
、材質としては、その他チタン、動、ステンレスなども
利用できる。

第３図は、従来の非水電解質二次電池と本実施例の非水
電解質二次電池とを充放電を繰り返し行ってとの劣化を
調べた充放電のサイクル特性図である。従来の非水電解
質二次電池には負極の格子状溝とリチウム金属と電気化
学的に合金化されにくい金属層が形成されていないもの
であり、その他は本実施例と同様な構成である。

充放電条件は電流を２．０ｍ八で充放電時間を各々６時
間とし、放電６時間したときの電圧を室軸に設定してい
る。一応寿命としては放電終了時点での電圧が２，０ν
になった時点とした。

溝を形成していない従来の二次電池に比べて本実施例の
サイクル特性的１１２は寿命が向上していることがわか
る。つまり、従来のものは約１４０回位であり、本実施
例は約２１０回位の寿命である。

溝の寸法は幅５〜３０μｍ程度、深さ５〜１００μ鴎程
度の範囲が効果的であり、その範囲をこえると充放電寿
命はあまり長くはならない。また、溝間隔はおよそ３０
〜２００　μＩ程度がよい。

本発明のように負極１をリチウム−アルミニウム合金と
その一方（負極集電体３に面する側）にリチウム金属と
合金化しにくい金属層１０を設けた構成にすることによ
り、充放電を繰り返すことにより負極１に多少の亀裂が
生じてもその部分の材料破壊及び負極集電体３との絶縁
部形成がおこりにくくなり、サイクル特性への影響を抑
制できる。

本実施例では、負極１のリチウム−アルミニウム合金が
３０　ニア０のものを用いたが、勿論本発明の効果はこ
れに限定されるものではない。

また、本実施例では、偏平型二次電池について述べたが
、円筒形等の形状のものでも適応できるものである。こ
の場合、負極１にリチウム金属とアルミニウム金属を予
め所定の形状に形成した後、電気化学的に合金化するこ
とにより得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、非水電解質二次電
池において、電解質（電解液）に接する面に格子状の溝
を形成したりチウム−アルミニウム合金と、リチウムと
合金化されにくい金属層を他方の面に形成した負極を用
いることにより、充放電に伴う、負極の劣化を抑制し、
充放電特性の優れた非水電解質二次電池を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の偏平型非水電解質二次電池
の断面図で、第２図は負極の部分斜視図で、第３図は充
放電サイクル特性図である。 １・・負極　　　　　　　２・・負極缶３　・　・ ５　・　・ ７　・　・ ９　・　・ １１　・ １２　・ 負極集電体　　　　４・・正極 正極缶　　　　　　６・・正極集電体 セパレータ　　　　８・・絶縁バ、キンリチウムーアル
ミニウム合金 ニッケル層 ・従来のサイクル特性曲線 ・本実施例のサイクル特性曲線 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助 督−靴嗣匂ハミ（ト） 手 続 補 正 書 （自発） 平成 ３年ｙ月７０日 平成 ２年 特許願 第１３４６７０号 発明の名称 非水電解質二次電池 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （２３２）セイコー電子工業株式会社 代表取締役　　原　　禮之助 ６、補正の内容 （１）　　明細書第５頁第１８行目乃至第６頁第２行目
の「なお、・・・・・・合金化させる。」を「負極ｌは
第一一”二部分斜視図に示すように、厚さ０．１　ｎで
、３よそ１００　μ■、幅およそ１５μｍ、深さおよそ
６０μ園に溝を格子状に形成したアルミニウム合金９を
リチウム金属と電気化学的に合金しにくい金属としての
ニッケル箔１０に形成した負極基体を上記電解液中でリ
チウム金属を対極として電気化工合金化したリチウム−
アルミニウム合金である。」と補正します。 （２）明細書第６頁第１１行目の「動」を「銅」と補正
します。 」細書第６頁第２０行目の「立」を「縦」と−まず。 補正の対象 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電解質と接する面に格子状の溝と、その反対の面に形
   成したリチウムと電気化学的に合金化しにくい金属層と
   よりなるアルミニウム−リチウム合金より構成された負
   極を持つことを特徴とする非水電解質二次電池。