JPH0574496A

JPH0574496A - 二次電池

Info

Publication number: JPH0574496A
Application number: JP3233166A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Minato; 康文湊; Masataka Yamashita; 正隆山下
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】金属箔に活物質を添着せしめてなる正、負の
電極を、全電極長にわたりセパレータを介してロール状
に巻き込んで成る電池において、電極厚みの変動、巻取
り装置の測長誤差等による電極長ばらつきが発生して
も、電極の最内周及び最外周ともに負極で占めるように
巻き込み、更に最内周電極の内側にセパレータを１層以
上巻き込むことで、繰り返し使用の容量低下、及び自己
放電が小さい電池を提供することを目的とする。【構成】捲回体の電極巻始め部、巻終わり部共に正極
活物質面をセパレータを介して、負極で完全に覆ってし
まい、正極活物質が露出しないようにすることがポイン
トである。このときに使用する負極は、金属箔集電体の
片面のみに活物質を添着せしめた物の金属箔側を合わせ
て重ねて成るものを用いてもよいし、金属箔の両面に均
一に活物質を添着せしめた物を用いても構わない。正極
においても同様である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池、特に非水系
二次電池の繰り返し使用による電池容量の低下防止、及
び自己放電の抑制に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電池は正、負の電極をセパレー
タを介して向き合わせて成る。電池の出力特性は、正、
負の電極が向かい合う面積に比例し、大電流を取り出す
ためには、この面積が大きいことが必要となる。特に、
非水系電池の場合には、電解液の電導度が低いため、よ
り大きい面積を必要とする。

【０００３】通常、大面積を得るためには、正、負の電
極をセパレータを介してロール状に巻き込んだ形状が一
般的であり、その中でも、薄い金属箔を集電体とし、こ
れに活物質を付着せしめてなる極薄い電極が有効であ
る。例えば、特開昭６０−２５３１５７には、厚さ１〜
１００μｍのアルミニウム箔を用いた、高出力、高エネ
ルギー密度の非水系二次電池が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】正、負の電極をセパレ
ータを介して巻き込む場合、正、負極の重ね合わせに寸
法的余裕がないと、電極厚みの変動、巻取り装置の測長
精度等により、巻始め及び巻終わりで正極活物質面に対
向する負極活物質面が存在しない部分が生じてしまう。
かかる構造の電池においては、正極より脱ドープされた
リチウムイオンは、対向する位置に負極活物質が存在し
ないため、負極の金属箔断面、もしくは缶の内壁に金属
リチウムとして析出する。一旦析出した金属リチウムは
放電の際、負極と電子の授受を行うことのできるわずか
な部分だけがリチウムイオンに戻り、再び充放電に寄与
するようになるが、やがて負極との接触もなくなり、大
部分が金属リチウムのまま電解液中に浮遊することにな
る。このことは金属リチウムの析出が電池容量を低下さ
せる原因となるばかりか、ミクロ短絡の原因とも成りか
ねないことを示している。結果として、繰り返し使用に
よる電池容量の低下、自己放電率の増大が顕著となり、
エネルギー密度が小さくなってしまう。

【０００５】また、円筒状に巻き込んで成る捲回体を押
しつぶして偏平化した場合には、特に最内周部に正極活
物質面が露出すると、そこで発生した金属リチウムによ
りミクロ短絡が生じ易くなる。更に、正極活物質面に、
対向する負極活物質面が存在しない部分を有する捲回体
よりなる電池が、万一充電器の故障等により過充電状態
になった場合、負極の端部にはおびただしい量の金属リ
チウムが析出する。このため、電池容量は著しく低下
し、短絡の程度も大きくなる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属箔に活物
質を添着せしめてなる正、負の電極を、全電極長にわた
りセパレータを介してロール状に巻き込んで成る電池に
おいて、電極厚みの変動、巻取り装置の測長誤差等によ
る電極長ばらつきが発生しても、電極の最内周及び最外
周ともに負極で占めるように巻き込み、更に最内周電極
の内側にセパレータを１層以上巻き込むことで、繰り返
し使用の容量低下、及び自己放電が小さい電池を提供す
ることを目的とする。

【０００７】即ち、本発明は、正極及び負極の活物質を
それぞれ金属箔集電体に添着せしめてなる電極を全電極
長にわたりセパレータを介して対向配置して巻き込んで
成る電池構造において、該負極が電極の最内周及び最外
周を共に占めることを特徴とする二次電池である。本発
明では、捲回体の電極巻始め部、巻終わり部共に正極活
物質面をセパレータを介して、負極で完全に覆ってしま
い、正極活物質が露出しないようにすることがポイント
である。このときに使用する負極は、金属箔集電体の片
面のみに活物質を添着せしめた物の金属箔側を合わせて
重ねて成るものを用いてもよいし、金属箔の両面に均一
に活物質を添着せしめた物を用いても構わない。正極に
おいても同様である。

【０００８】正極活物質面をセパレータを介して負極で
完全に覆う場合、正極からみて負極の余分な長さは、詰
め込み量を考えると短い方がよいが、短すぎる設計をす
ると各電極の厚みのばらつき、巻取り装置の電極測長精
度などの要因により、正極活物質が露出する捲回体がで
きてしまう恐れがある。従って、巻出し部分及び巻終わ
り部分において正極がセパレータを介して完全に負極に
よって覆われ、且つ、前記部位において、セパレータを
介して対向する正、負極の各端部間の距離は捲回体の状
態で、１〜１０ｍｍとするのが好ましい。更に好ましく
は、２〜５ｍｍとするのが良い。

【０００９】

【作用】本発明により、金属箔に活物質を添着せしめて
なる正、負の電極をセパレータを介してロール状に巻き
込んで成る電池において、析出する金属リチウムの量を
著しく減少させることができるので、繰り返し使用によ
る電池容量の低下、自己放電、及び過充電による劣化を
抑えることが可能となる。

【００１０】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を説明する。
尚、以下の記載において、正極活物質ＬｉＣｏＯ₂ は市
販試薬ＣｏＯとＬｉ₂ＣＯ₃を９００℃で１００ｈｒ熱処
理することによって得た物である。正極は活物質ＬｉＣ
ｏＯ₂に対して５％の炭素系導電フィラーを加えて成る
コンパウンドに、ポリビニリデンフルオライドの５％Ｄ
ＭＦ溶液を等量加えて懸濁液とし、これをアルミニウム
箔の片面あるいは両面に均一に塗布して作成する。塗布
量は片面当り２７０ｇ／ｍ²である。

【００１１】負極は活物質として、真比重２．３の炭素
質材料を平均粒径１０μｍ前後に粉砕した物に、ポリビ
ニリデンフルオライドの５％ＤＭＦ溶液を等量加えて懸
濁液とし、これをニッケル箔あるいは銅箔の片面あるい
は両面に均一に塗布して作成する。塗布量は片面当り１
３５ｇ／ｍ²である。セパレータは３５μｍのポリエチ
レン微多孔膜を用いる。

【００１２】正、負極をセパレータを介してロール状に
巻取り、所定のサイズの缶にいれた後、ＬｉＣｌＯ₄−
１．０ｍｏｌ／ｌのプロピレンカーボネート溶液を含浸
する。放電容量は４．２Ｖまで充電した後、２．７Ｖ
まで放電して評価する。

【００１３】

【実施例１】正極には厚さ１５μｍ、幅４５ｍｍのアル
ミニウム箔の片面にのみ活物質を添着せしめた物を、負
極には厚さ１０μｍ、幅４５ｍｍの銅箔の両面に活物質
を添着せしめた物をそれぞれ用い、セパレータを介して
内径１４ｍｍの円筒缶にはいるだけ巻き込む。すなわ
ち、捲回体は電極最内周と電極最外周を負極が占め、正
極は負極によって完全に覆い隠された状態になってい
る。つまり図１のごとく、電極巻き始め部では、正極端
部は負極端部よりも３ｍｍほど後方に位置し、電極巻終
わり部では、正極端は負極端より７ｍｍ前方に位置す
る。電流取り出し用タブは正極は超音波溶接法で取り付
け、負極は電極と重ね併せて、タブ材の上からキリで穴
を開け、プレスしてカシメる方法（グサリカシメ法）で
取り付ける。

【００１４】また、最初、セパレータのみを巻くので、
図１のように、負極の内側にセパレータが２層存在して
いる。繰り返し使用による容量保持率を図５に、２５℃
雰囲気中での自己放電率を表１に示す。

【００１５】

【実施例２】正極には厚さ１５μｍ、幅６５ｍｍのアル
ミニウム箔の片面にのみ活物質を添着せしめた物を、負
極には厚さ１０μｍ、幅６５ｍｍのニッケル箔の同じく
片面にのみ活物質を添着せしめた物をそれぞれ用い、セ
パレータを介して巻き込み、偏平につぶして、内寸５．
２×２３．２ｍｍの角形缶に詰め込む。すなわち、図２
のように電極巻き始め部では対向する正、負極の組が２
組存在し、そのいずれもが正極端部が負極端部よりも３
ｍｍ後方に位置して、正極は完全に負極によって包み込
まれ、電極巻き終わり部は同図のような構造になる。電
流の取り出しは、正極は電極と重ね併せて、タブ材の上
からキリで穴を開け、プレスしてカシメる方法（グサリ
カシメ法）で取り付けたタブにより、負極は最外周の金
属箔面と缶の内壁の接触により行う。

【００１６】繰り返し使用による容量保持率を図５に、
２５℃雰囲気中での自己放電率を表１に示す。

【００１７】

【比較例１】正極には厚さ１５μｍ、幅６５ｍｍのアル
ミニウム箔の両面に活物質を添着せしめた物を、負極に
は厚さ１０μｍ、幅６５ｍｍの銅箔の片面にのみ活物質
を添着せしめた物をそれぞれ用い、セパレータを介して
巻き込み、偏平につぶして、内寸５．２×２３．２ｍｍ
の角形缶に詰め込む。すなわち、図３のように電極最内
周の半分を正極が占め、残りの半分を負極が占めるよう
な捲回体を最内周において同種の電極同士が向き合わな
いように偏平化する。このような捲回体構造とする場
合、負極の端部は正極活物質面によって完全に包み込ま
れてしまう。電極巻き終わり部は同図のようになる。電
流の取り出しは、正極はグサリカシメ法で取り付けたタ
ブにより、負極は最外周の金属箔面と缶内壁との接触に
より行う。

【００１８】繰り返し使用による容量保持率を図５に、
２５℃雰囲気中での自己放電率を表１に示す。図５に示
すように、２００回程度の繰り返し使用で、金属リチウ
ム析出による内部短絡が原因の容量低下が見られる。電
池を解体したところ、捲回体最内周において、正極活物
質面に覆われた負極の端部におびただしい量の金属リチ
ウムの析出を認めている。

【００１９】

【比較例２】正極には厚さ１５μｍ、幅６５ｍｍのアル
ミニウム箔の片面のみに活物質を添着したものを、負極
には厚さ１０μｍ、幅６５ｍｍの銅箔の両面に活物質を
添着したものをそれぞれ用い、セパレータを介して巻き
込み、偏平につぶして、内寸５．２×２３．２ｍｍの深
絞り長円缶に詰め込む。すなわち、図４のように最内周
はアルミニウム箔面同士がセパレータを介して向き合
い、最外周においては、アルミニウム箔面がテープで保
護された負極の一部を除き、ほぼ全面に露出して、缶内
壁と接触する。負極のタブはグサリカシメ法で取り付け
る。

【００２０】繰り返し使用による容量保持率を図５に、
２５℃雰囲気中での自己放電率を表１に示す。図５か
ら、本比較例は実施例２と比べてわずかに容量保持率が
低いことがわかる。電池解体により、最外周テープ止め
に不備があり、負極活物質面がわずかに露出し、缶内壁
と接触していることが認められている。よって、これは
生産管理上容認できる構造ではない。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】上述のように、本発明の電池構造は、金
属箔に活物質を添着せしめてなる正、負の電極を、セパ
レータを介してロール状に巻き込んでなる電池におい
て、電極の最内周及び最外周をともに全面負極で占め、
更にその内側にセパレータを１周以上巻き込むことによ
って、繰り返し使用による容量低下、及び自己放電の小
さい電池を提供できる。携帯用電気製品の電源として、
高出力、高エネルギー密度電池の開発要求が高まってい
る折から、工業的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の捲回体を外装缶に挿入した
ときの巻き初め部分と巻き終わり部分の断面図。

【図２】本発明の１実施例の捲回体を扁平に押しつぶし
て外装缶に挿入したときの巻き初め部分と巻き終わり部
分の断面図。

【図３】本発明以外の捲回体を扁平に押しつぶして外装
缶に挿入したときの巻き初め部分と巻き終わり部分の断
面図。

【図４】本発明以外の捲回体を扁平に押しつぶして外装
缶に挿入したときの巻き初め部分と巻き終わり部分の断
面図。

【図５】実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の電
池の各々の初回放電量を１００としたときの充電サイク
ルの繰り返し回数と容量保持率との関係図。

【符号の説明】

１．缶体２．正極活物質３．アルミニウム箔４．負極活物質５．銅箔６．ニッケル箔７．セパレータ８．電流取出し用タブ９．テープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極及び負極の活物質をそれぞれ金属箔集
電体に添着せしめてなる電極を全電極長にわたりセパレ
ータを介して対向配置して巻き込んで成る電池構造にお
いて、該負極が電極の最内周及び最外周を共に占めるこ
とを特徴とする二次電池。