JPH05307964A - 非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非水電解液電池において、放電容量の向上を
図りつつ、電池の不良率を低下させることを目的とす
る。 【構成】 正極と、負極と、正負極間に介挿されるセ
パレータとからなる渦巻状電極体、及び非水電解液を有
し、且つ正極、及び／又は負極に粉体が用いられている
非水電界溶液において、上記少なくとも一方の電極の主
成分の粉体の最大粒径が、前記セパレータの膜厚の１．
５倍以下とである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液電池に関
し、詳しくはその電極体の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、負極活物質にリチウム、リチウ
ム合金又は、リチウムイオンの吸蔵可能な材質を用いる
非水電解液電池の電解液としては、ＰＣ（プロピレンカ
ーボネート）、ＥＣ（エチレンカーボネート）、ＢＣ
（ブチレンカーボネート）、ＤＭＥ（ジメトキシエタ
ン）、ＤＯ（１．３−ジオキソラン）、ＴＨＦ（テトラ
ヒドロフラン）、γ−ＢＬ（γ−ブチロラクトン）等の
単独又は混合溶媒に、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＣＦ₃ Ｓ
Ｏ₃ 、ＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＡｓＦ₆ 等のリチウム塩を溶解
したものが用いられている。

【０００３】ところが、これら非水電解液の電気伝導度
は、アルカリマンガン電池等に用いられている水溶液系
電解液に較べ、数１０分の１〜１００分の１程度である
ため、電池の放電容量が低くなり、通常の電池構成では
大出力を取り出すことができないという課題を有してい
た。そこで、カメラ用電源等の大出力を必要とする用途
に、非水電解液電池を使用する場合には、放電容量を向
上させるため、正負極とセパレータからなる電極体を渦
巻状に構成して、正負極間の対向面積を大きくすると共
に、正負極間の距離を極力短くする必要がある。

【０００４】このために従来は、後者の課題を解決すべ
く、特開昭６０−２３９５４号公報に示すような膜厚が
薄く且つ均一な構造を有する微多孔膜をセパレータとし
て用いる構造のものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の如く膜
厚が薄い微多孔膜をセパレータとして用いると、電極と
セパレータとを捲回させた構造の渦巻状電極体を構成し
た際に、セパレータにピンホールや引き裂きの生じる場
合がある。これは、以下のような理由による。

【０００６】即ち、電極体を作製する前の電極の表面に
は、もともと塗着した粉末による凹凸がある。また、渦
巻状電極体の作製時において、電極が捲回される際に、
できるだけ小さく捲回させるために、きつく巻き取らな
ければならず、このときどうしても不均一な力で巻きと
ってしまうため、塗着されている活物質によれがおこ
り、電極表面に粉末が生じたりする。このような、もと
もと電極表面に存在する凹凸や、電極を巻き取る際に生
じる粉末によって、膜厚の薄いセパレータが損傷を受け
るのである。

【０００７】そして、このようにセパレータの損傷が起
こると、この損傷部分を介して正極と負極とが直接接触
する可能性が生じ、電解液を注液して電池を構成した場
合に電池電圧不良の一因となっていた。上記のような電
池電圧不良を防ぐためには、膜厚の厚いセパレータを用
いればよいのであるが、これでは、上記従来例のよう
に、正・負極間距離が長くなるため、放電容量が低下
し、大出力を取り出すのが難しい。さらに、膜厚の厚い
セパレータを用いると、電池内に充填できる活物質量が
減少するために、放電容量が低下してしまう。

【０００８】本発明は、上記のような問題点に鑑みて行
われたものであり、放電容量の向上を図りつつ、電池の
不良率を低下させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、正極と、負極と、正負極間に介挿される
セパレータとからなる渦巻状電極体、及び非水電解液を
有し、且つ正極、及び／又は負極に粉体が用いられてい
る非水電解溶液において、上記少なくとも一方の電極の
主成分の粉体の最大粒径が、前記セパレータの膜厚の
１．５倍以下となるように規制されていることを特徴と
する。

【００１０】

【作用】上記したような構成にすれば、以下のような作
用がある。即ち、電極の活物質（例えば、二酸化マンガ
ン等）として、粉体の最大粒径がセパレータの膜厚の
１．５倍迄のものを用いることで、電極表面にもともと
存在する凹凸や、電極体作製時に生じる粉末の、セパレ
ータの膜厚に対する相対的な大きさを抑えることがで
き、粒子がセパレータを突き破りにくくなる。

【００１１】これにより、電極間距離を短くし、且つ活
物質の充填量を増加させるため、即ち、放電容量を向上
させるために、膜厚が５０μｍ以下というような薄いセ
パレータを用いても、不良発生が起こりにくくなる。

【００１２】

【実施例】〔実施例〕図１は本発明の一例に係る円筒密
閉型非水電解液電池の断面図であり、正極１と負極２
と、これら正負両極１・２間に介挿されたセパレータ３
とからなる電極体４は、渦巻状に捲回されている。この
渦巻状電極体４は、正極兼用の外装缶６内に配置されて
おり、この正極兼用の外装缶６と上記正極１とは正極リ
ード５によって接続されている。上記外装缶６の上部開
口部にはパッキング７を介して封口体８が装着されてお
り、この封口体８と負極２とは負極リード９にて接続さ
れる。

【００１３】ここで、上記電池は、以下のようにして作
製した。先ず、正極１は、二酸化マンガン（平均粒径：
１０μｍ，最大粒径：３２μｍ）、導電剤としてのグラ
ファイト（平均粒径：６μｍ，最大粒径：２４μｍ）、
結着剤としてのフッ素樹脂、及び純水を混合し、その
後、この混合物をローラによって、正極合剤シートとす
る。この正極合剤シート２枚の間にステンレス製ラス板
を入れて、さらにローラーを通し、乾燥して作製した。

【００１４】一方負極２は、ポリエチレン製微多孔膜か
らなるセパレータ３（膜厚：３５μｍ）を２枚用いて袋
状にし、この中にのリチウム─アルミニウム合金を挿入
して作製した。上記のように作製した正極１と負極２が
挿入されているセパレータ３とを捲回し、渦巻状の電極
体４を作製した後、この電極体４を外装缶６に挿入し
た。

【００１５】次に、外装缶６内に電解液（エチレンカー
ボネートと、ブチレンカーボネートと、ジメトキシエタ
ンとの混合物に所定量のトリフルオロメタンスルホン酸
リチウムを溶解したもの）を注入し、更に外装缶６を封
口体８で封口して、径１５ｍｍ、高さ３３．５ｍｍの円
筒型電池を作製した。 〔実験１〕表１、２に示される、セパレータＡ〜Ｄと、
二酸化マンガンａ〜ｄとを用いて、表３のような組み合
わせで、実施例と同様に渦巻状電極体を作製し、その不
良率を調べたので、その結果を図２に示す。尚、実験
は、電極体を外装缶内に挿入した形で実験を行ってい
る。

【００１６】測定条件としては、それぞれの電極体２０
０個について、外装缶に挿入した電極体の正負極間に３
００Ｖの電圧を０．５秒間印加し、０．５ｍＡ以上の電
流が流れたものを不良品とし、不良率を求めた。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】図２から明らかなように、二酸化マンガン
の最大粒径がセパレータの膜厚の１．５倍迄であれば、
不良率は小さくなっていることがわかる。さらに、好ま
しくは、二酸化マンガンの最大粒径がセパレータの膜厚
より小さい場合に効果が大きく、不良率は０となってい
る。これらは、二酸化マンガンの粉体の最大粒径がセパ
レータの膜厚の１．５倍迄であれば、渦巻状電極体の作
製時に生じた二酸化マンガン粉末、およびもともと電極
表面に存在する凹凸の、セパレータの膜厚に対する相対
的な大きさを抑えることができ、二酸化マンガンの粒子
がセパレータを突き破りにくくなり、不良発生が起こり
にくくなったものと考えられる。 〔実験２〕表１のセパレータＡ〜Ｄと、表２の二酸化マ
ンガンｃ（平均粒径：２０μｍ、最大粒径：６４μｍ）
とをそれぞれ組み合わせ、実施例と同様に電池を作製
し、それぞれの電池の放電容量の相対値を求めたので、
その結果を図３に示す。

【００２１】尚、電池作製の途中で、電極体を外装缶に
挿入した状態で、正負両極間に３００Ｖの電圧を０．５
秒間印加し、０．５ｍＡ以上の電流が流れたものは不良
品として排除し、良品のみを用いて電池の作製を行っ
た。測定条件としては、１Ａの電流を３秒間印加し、７
秒間休止するパルスを繰り返し、２．０Ｖの電圧に達す
るまでの回数を求めたものである。

【００２２】尚、図３の縦軸の値は、セパレータＡ（膜
厚：３５μｍ）を用いた電池の放電容量を１００とした
場合のそれぞれの電池の相対値である。図３から明らか
なように、電池容量はセパレータの膜厚が増加するにつ
れて、低下する。特に、膜厚が７０μｍのセパレータＤ
を用いた場合には大幅に放電容量が低下してしまった。
このため、放電容量の点から考えると５０μｍ以下の膜
厚のセパレータを使用することが望ましい。

【００２３】上記実験１、２の結果から、二酸化マンガ
ンの最大粒径をセパレータの膜厚の１．５倍迄の範囲と
し、且つ、セパレータの膜厚を５０μｍ以下にすること
が望ましい。 〔その他の事項〕上記実施例では、正極の場合について
示したが、負極を粉体で構成した場合にも同様のことが
言えるのは明らかである。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、電極に
用いた粉末の粒子の最大粒径がセパレータの膜厚の１．
５倍迄の大きさであれば、渦巻状電極体の作製時に生じ
る粉末、およびもともと電極表面に存在する凹凸の、セ
パレータの膜厚に対する相対的な大きさを抑えることが
でき、粉末の粒子がセパレータを破りにくくなる。

【００２５】よって、放電容量の向上を図るため、膜厚
が薄いセパレータを用いても、不良率を抑えることがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係る非水電解液電池の断面図で
ある。

【図２】不良率と二酸化マンガン最大粒径をセパレータ
の膜厚で割った値との関係を示す図である。

【図３】放電容量の相対値とセパレータの膜厚との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１ 正極 ２ 負極 ３ セパレータ ４ 電極体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極と、負極と、正負極間に介挿される
   セパレータとからなる渦巻状電極体、及び非水電解液を
   有し、且つ正極、及び／又は負極に粉体が用いられてい
   る非水電解溶液において、 上記少なくとも一方の電極の主成分の粉体の最大粒径
   が、前記セパレータの膜厚の１．５倍以下となるように
   規制されていることを特徴とする非水電解液電池。