JPH0574479A - 渦巻き型非水電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 集電体としての金属箔の表面粗度が０．１〜
０．９μｍである、渦巻き型非水電池。 【効果】 活物質粒子と金属箔との接着性を従来より格
段に高めることができ、また生産効率を高めて、電極を
つくることができる。更に、重負荷に耐える非水電池を
提供できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信機、ノートブック型パ
ソコン、パームトップ型パソコン、一体型ビデオカメ
ラ、ポータブルＣＤプレーヤー、ヘッドフォンステレ
オ、コードレス電話等の電子機器の小型化、軽量化を図
る上で、これらの電子機器の電源としての二次電池の高
容量化が要望されている。

【０００３】リチウムイオンをドープ・脱ドープできる
炭素質材料を用いた非水系二次電池（例えば特開昭６２
−９０８６３号公報等）が、負極にリチウム金属又はそ
の合金を使用した二次電池に比して、安全性の点で格段
に優れており、高エネルギー密度を得られることから注
目されている。

【０００４】特開昭６０ー２５３１５号公報、特開平１
−２４１７６７号公報、特開平３−９３１６４号公報
に、集電体としての金属箔を用いることが提案されてい
る。一般に、金属箔は圧延してつくられるので表面は滑
らかであり、電池活物質粒子を金属箔表面とよく接着す
るためにバインダーの選択が重要であり、塗布あるいは
塗工条件も厳しく管理する必要があった。

【０００５】箔厚み１０μｍ〜３０μｍの金属箔に塗布
あるいは塗工する速度にも制約があった。すなわち、乾
燥温度を上げて塗布あるいは塗工速度を高めようとする
と、塗布あるいは塗工面に亀裂がはいり、良品が得られ
なかった。従って、塗布あるいは塗工の生産効率に難点
があった。

【０００６】また、用途も広汎になると、電池の重負荷
のかかる使用環境に暴露されることになり、活物質粒子
と金属箔との接着性を従来に増して強固にしておくこと
が必要になってきた。特に、電気自動車向けの電源とす
る場合には、電池は常時振動下に置かれるために、従来
の電子機器電源向けの電池より格段と厳しく振動に対す
る性能信頼性を高める必要が生じてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような生産効率
の制約もなく、活物質粒子と金属箔との接着性を従来よ
り格段に高めることを目的として、本発明者は種々検討
を行った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、集電体としての金属箔の表面を０．１〜
０．９μｍの範囲に粗くして用いることを特徴とする。

【０００９】以下、本発明を具体的に説明する。本発明
の非水電池の正極活物質としては、リチウムイオンを脱
ドープしかつドープし得るものであればよい。二次電池
の活物質として例えば、リチウムコバルト酸化物： Ｌｉ_X Ｃｏ_Y Ｍ_Z Ｏ₂ （ただし、ＭはＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎの中から選ばれた少な
くとも１種の金属を表し、Ｘ、Ｙ、Ｚは各々０＜Ｘ≦
１．１、０．５＜Ｙ≦１、Ｚ≦０．１の数を表す。）

【００１０】 Ｌｉ_X ＣｏＯ₂ （０＜Ｘ≦１）、 Ｌｉ_X Ｃｏ_Y Ｎｉ_Z Ｏ₂ （０＜Ｘ≦１、Ｙ＋Ｚ＝１） リチウムニッケル酸化物、例えば Ｌｉ_X ＮｉＯ₂ （０＜Ｘ≦１）、 リチウムマンガン酸化物、例えば Ｌｉ_X ＭｎＯ₂ 、Ｌｉ_X Ｍｎ₂ Ｏ₄ （０＜Ｘ≦１）、 ＬｉＣｏ_X Ｍｎ_2-X Ｏ₄ （０＜Ｘ≦０．５） リチウムクロム酸化物、例えば Ｌｉ_X Ｃｒ₃ Ｏ₈ （０＜Ｘ≦１）、ＬｉＣｒＯ₂

【００１１】 リチウムバナジウム酸化物、例えば Ｌｉ_X Ｖ₂ Ｏ₅ （０＜Ｘ≦１）、Ｌｉ_X Ｖ₆ Ｏ₁₃、Ｌｉ
_1+X Ｖ₃ Ｏ₈ リチウムモリブデン酸化物、例えば Ｌｉ_X ＭｏＯ₃ リチウムモリブデン二硫化物、例えば Ｌｉ_X ＭｏＳ₂

【００１２】 リチウムチタン酸化物、例えば Ｌｉ_X Ｔｉ₂ Ｏ₄ リチウムチタン硫化物、例えば Ｌｉ_X Ｔｉ₂ Ｓ₂ 等がある。好ましくはリチウムコバルト酸化物、リチウ
ムマンガン酸化物、更に好ましくはリチウムコバルト酸
化物である。

【００１３】また、一次電池の活物質としてはＬｉ_X Ｃ
ｏＯ₂ （０＜Ｘ≦１）、ＭｎＯ₂ 等がある。集電体とし
ての金属箔に接着している正極活物質及びバインダーの
膜厚は、片面当たり３０〜３００μｍ、好ましくは７０
〜１３０μｍである。前記金属箔としては、厚み１００
μｍ〜５μｍのアルミニウム、ニッケル、ステンレスス
チール等を用いることができる。好ましくはアルミニウ
ムであり、厚み５０〜８μｍ、更に好ましくは３０〜１
０μｍのものが用いられる。

【００１４】本発明の非水電池の負極活物質としての炭
素質材料は、リチウムイオンをドープしかつ脱ドープし
得るものであれば特に制限はされないが、二次電池の活
物質として、例えばグラファイト、熱分解炭素、ピッチ
コークス、ニードルコークス、石油コークス、有機高分
子の焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリ
ロニトリル等の焼成体）等を用いることができる。

【００１５】また、一次電池の活物質としては、リチウ
ムイオンを予めドープした上記炭素質材料等がある。集
電体としての金属箔として、厚み１００μｍ〜５μｍの
銅、ニッケル、ステンレススチール等を用いる。好まし
くは銅、ステンレススチールであり、厚み５０〜６μ
ｍ、更に好ましくは２５〜８μｍのものが用いられる。

【００１６】前記金属箔に接着している負極活物質及び
バインダーの膜厚は、片面当たり６０〜７５０μｍ、好
ましくは１４０〜４００μｍである。これらの片面ある
いは両面に活物質及びバインダーを接着した金属箔をセ
パレータを介して巻回した円筒型の巻回物を、本発明の
電池缶に挿入し、リードタブを取付け、非水系電解質溶
液を含浸し、封口する。

【００１７】本発明に用いる非水系電解質溶液には、電
解質としては、例えばＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＡｓＦ₆ 、Ｌ
ｉＰＦ₆ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＣＨ₃ ＳＯ₃ Ｌｉ、ＣＦ₃ ＳＯ
₃ Ｌｉ、（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ＮＬｉ等のリチウム塩のい
ずれか１種又は２種以上を混合したものが使用できる。

【００１８】また、前記電解溶液の溶媒としては、例え
ばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−
ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブ
チロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラ
ヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、スルホラン、メ
チルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、
ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル等の
いずれか１種又は２種以上を混合したものが使用でき
る。

【００１９】本発明に用いるセパレータとしては、ポリ
エチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの微多孔
膜の１種の単独膜或いはそれらの１種又は２種以上の貼
り合わせ膜を使用できる。また、ポリオレフィン、ポリ
エステル、ポリアミド、セルロース等の不織布も単独で
或いは上記多孔膜と組み合わせて使用できる。

【００２０】本発明の集電体としての金属箔は、その表
面粗度が平均として０．１〜０．９μｍであり、外観は
艶消しを呈する。光沢、半光沢の外観を有する前記金属
箔に、エッチング処理、レーザー処理、無電解メッキ、
電解メッキ、サンドブラスト等により、表面粗度として
０．１〜０．９μｍ、好ましくは０．２〜０．８μｍ、
更に好ましくは０．６〜０．８μｍに制御する。また、
電解メッキにより直接得られる銅箔、ニッケル箔等のう
ち上記表面粗度範囲に入るものを用いてもよい。

【００２１】表面粗度０．１μｍ未満では接着性の向上
は殆どなく、１μｍ以上では塗工中に金属箔の切断を招
き好ましくない。表面粗度を測定するための試験片の調
製は、まず金属箔から１ｃｍ角に切り出し、これを型に
入れてエポキシ樹脂を流し込み硬化させる。常温で一日
間放置後に型から取り出し、切断し、金属箔を含む樹脂
切断面を自転および公転する研磨機で研磨し、エアブロ
ー後、断面の顕微鏡写真を撮る。金属箔表面の凹部の深
さを拡大写真で測定し、平均の深さを表面粗度とする。

【００２２】活物質粒子と金属箔との接着性テストと
は、金属箔に活物質粒子とバインダーを塗布あるいは塗
工し、乾燥し、圧縮プレスし、サイジングされた電極か
ら幅２ｃｍ、長さ５ｃｍにＮＴカッターで裁断する。こ
れを試験サンプルとする。接着された活物質とバインダ
ーを裁断片の長さ方向に端から２ｃｍの部分を剥離して
おき、金属箔表面を出し、この部分を金属板にステープ
ラーでとめてつるす。

【００２３】次に、メタノール８０ｍｌを１００ｍｌの
ガラスビーカーに入れる。超音波洗浄器〔機種（Ｙａｍ
ａｔｏ ２２００）〕に上記ガラスビーカーを入れて、
洗浄器容器とガラスビーカーとの間に水道水を加えてメ
タノール液面より少し上まで水面がくるようにする。前
記試験サンプルをメタノール中に活物質粒子接着部３ｃ
ｍが完全に含浸されるようにし、金属板を糸でつるす。
超音波洗浄器のスタートボタンを押し、超音波を発生さ
せ塗膜表面を観察する。スタートから時間経過と共に、
接着表層にブリスターを生じるかどうかを観察する。

【００２４】

【実施例】次に、本発明を実施例及び比較例によって詳
細に説明するが、これらは本発明の範囲を制限しない。

【実施例１】活物質として平均粒子径１１μｍのニード
ルコークスにバインダーとしてのカルボキシメチルセル
ローズ１とスチレン−ブタジエンゴムラテックス粒子
２．５からなる水溶液を同量加えて分散液とし、これを
表面粗度０．６μｍ、厚み１２μｍの銅箔の両面に塗工
し、乾燥した後（これを条件Ｉとする）、圧縮プレスす
る（これを塗工物Ｉとする）。

【００２５】これをサイジングにより幅４１ｍｍにし、
リールに巻き取る（これを電極Ｉとする）。条件Ｉの塗
工速度を３倍にし、乾燥した（これを条件ＩＩとする）
後、圧縮プレスする。これをサイジングにより幅４１ｍ
ｍにしリールに巻き取る（これを電極ＩＩとする）。こ
れらのリールから試験サンプルを裁断し、活物質粒子と
金属箔との接着性テストを前述の如く行う。その結果を
表１に示す。

【００２６】

【実施例２】活物質として平均粒子径１０μｍのピッチ
コークスに実施例１と同じバインダー水溶液を同量加え
て分散液とし、これを表面粗度０．３μｍ、厚み１０μ
ｍのステンレススチール３０４箔の両面に、実施例Ｉの
条件Ｉと同じ条件で塗工し、乾燥し、圧縮プレスする。
更に、サイジングにより幅６４ｍｍ、長さ６００ｍｍの
タンザクにする。この電極から試験サンプルを裁断し、
活物質粒子と金属箔との接着性テストを前述の如く行
う。その結果を表１に示す。

【００２７】

【比較例１】活物質として実施例１と同じ平均粒子径１
１μｍのニードルコークスにバインダーとしてカルボキ
シメチルセルローズ１とスチレン−ブタジエンゴムラテ
ックス粒子２．５からなる実施例１と同一の水溶液を同
量加えて分散液とし、これを表面粗度０．０１μｍ以下
（測定値）で、厚み１２μｍの銅箔の両面に実施例１の
条件Ｉと同じ条件で塗工し、乾燥し、圧縮プレスする。

【００２８】更にサイジングにより幅４１ｍｍにし、リ
ールに巻き取る。このリールから試験サンプルを裁断
し、活物質粒子と金属箔との接着性テストを前述の如く
行う。その結果を表１に示す。同様に、実施例１の条件
Ｉの塗工・乾燥速度の１／２で塗工・乾燥した（これを
条件ＩＩＩとする）後、圧縮プレス、サイジングにより
幅４１ｍｍにし、リールに巻き取る。この電極の接着性
テスト結果も表１に示す。

【００２９】

【比較例２】活物質として実施例２と同じ平均粒子径１
０μｍのピッチコークスに実施例１と同じバインダー水
溶液を同量加えて分散液とし、これを表面粗度が０．０
４μｍ、厚み１０μｍのステンレススチール３０４箔の
両面に実施例２と同一条件で塗工し、乾燥し、圧縮プレ
スする。更にサイジングにより幅６４ｍｍ、長さ６００
ｍｍのタンザクにする。この電極から試験サンプルを裁
断し、活物質粒子と金属箔との接着性テストを前述の如
く行う。その結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】 （注１）生産効率は、実施例１の条件Ｉの塗工・乾燥速
度を１とする相対速度を示す。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、活物質粒子と金属箔との
接着性を従来より格段に高めることができ、また生産効
率を高めて、電極をつくることができる。更に、重負荷
に耐える非水電池を提供できるようになる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集電体としての金属箔の表面粗度が０．
   １〜０．９μｍであることを特徴とする、渦巻き型非水
   電池。