JPH07262986A

JPH07262986A - 非水電解液電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07262986A
Application number: JP5536194A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mizuno; 利男水野; Masatake Nishio; 昌武西尾; Tomohisa Nozue; 智久野末
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】コイン形、ボビン形、スパイラル形の非水電
解液電池において、部品点数を増やすことなく重負荷放
電時の放電性能を安定化する。【構成】正極活物質に昇華性物質を該正極活物質に対
して１〜５％添加し、次いで、これを混合・造粒して所
定の形状に成形する。その後、これを加熱乾燥して当該
昇華性物質を気化させて多孔質の正極合剤５を調製す
る。更に、正極合剤５にセパレータ６を介して負極７を
対向させて発電要素８を組み立て、発電要素８に非水電
解液を注入する。【効果】成形時に含まれる昇華性物質が加熱乾燥によ
って気化し、多孔質の正極合剤５として非水電解液を迅
速に吸液し、多量（正極合剤１ｇ当り０．１８ｇ以上）
の非水電解液を安定して保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正極合剤と負極とをセ
パレータを介して対向させた発電要素に非水電解液を注
入して構成されるコイン形、ボビン形、或いはスパイラ
ル形の非水電解液電池およびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の非水電解液電池（例え
ば、リチウム電池）の正極合剤を製造する際には、二酸
化マンガンを主剤とし、黒鉛またはカーボンブラックを
導電材とし、ポリテトラフルオロエチレンをバインダー
とする正極活物質を湿式または乾式で混合・造粒し、所
定の成形圧力でペレット状またはボビン状に成形し、こ
れを真空乾燥して正極合剤を製造していた。

【０００３】この際、正極合剤の成形圧力が低すぎる
と、正極合剤として必要な強度が不足し、割れや欠けが
生じやすくなるため、実用性に乏しく、逆に正極合剤の
成形圧力が高すぎると、正極合剤の空孔率が不足して非
水電解液の保持量が少なくなるので、放電性能が不安定
になる。そのため、正極合剤の成形圧力は３〜４トンの
範囲内とするのが通常である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これでは、真
空乾燥後の正極合剤の成形密度が２．９０〜３．０５ｇ
／ccとなるため空孔率が３２〜３４％となり、また空孔
利用率（即ち、空孔のうち実際に非水電解液が保持され
る吸液空間の比率）が８０％に達しないので、非水電解
液の保持量は正極合剤１ｇ当り０．１８ｇ未満となる。
その結果、通常の放電性能は安定するものの、パルス放
電などの重負荷放電時の放電性能が不安定なものとなっ
てしまう危険性が高い。

【０００５】また、こうした事態を回避するため、放電
に伴なう正極合剤の膨張を負極側に規制するようなリン
グ等を用いることにより、非水電解液の保持量が正極合
剤１ｇ当り０．１６ｇ程度でも重負荷放電時の放電性能
を安定化せんとする方法があるが、この場合、上記リン
グ等を使用する必要があるため部品点数が増加するとい
う不都合があった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑み、部品点数を増
やすことなく重負荷放電時の放電性能を安定化すること
が可能な非水電解液電池およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明のうち非水
電解液電池の発明は、多孔質の正極合剤（５）と負極
（７）とをセパレータ（６）を介して対向させた発電要
素（８）に非水電解液を注入して構成される非水電解液
電池（１）において、前記正極合剤が、３４〜４０％の
空孔率を有し、かつ８０％以上の空孔利用率を有するよ
うにして構成される。また、本発明のうち非水電解液電
池の製造方法の発明は、正極活物質に昇華性物質を該正
極活物質に対して１〜５％添加し、次いで、これを混合
・造粒して所定の形状に成形し、その後、これを加熱乾
燥して当該昇華性物質を気化させて多孔質の正極合剤
（５）を調製し、更に、前記正極合剤にセパレータ
（６）を介して負極（７）を対向させて発電要素（８）
を組み立てると共に、前記発電要素に非水電解液を注入
するようにして構成される。更に、正極活物質に分解・
蒸発性物質を該正極活物質に対して１〜５％添加し、次
いで、これを混合・造粒して所定の形状に成形し、その
後、これを真空乾燥して当該分解・蒸発性物質を分解ま
たは蒸発させて多孔質の正極合剤（５）を調製し、更
に、前記正極合剤にセパレータ（６）を介して負極
（７）を対向させて発電要素（８）を組み立てると共
に、前記発電要素に非水電解液を注入するようにして構
成される。

【０００８】ここで、「分解・蒸発性物質」とは、真空
乾燥によって分解または蒸発する無機または有機物質を
意味する。

【０００９】なお、括弧内の番号等は、図面における対
応する要素を表わす便宜的なものであり、従って、本発
明は図面上の記載に限定拘束されるものではない。この
ことは、「特許請求の範囲」及び「作用」の欄について
も同様である。

【００１０】

【作用】上記した構成により、本発明は、成形時に含ま
れる昇華性物質、分解・蒸発性物質が乾燥によって気
化、分解または蒸発し、多孔質の正極合剤（５）として
非水電解液を迅速に吸液し、多量（正極合剤１ｇ当り
０．１８ｇ以上）の非水電解液を安定して保持し得るよ
うに作用する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明による非水電解液電池の一実施例を
示す正面図、図２は非水電解液電池の重負荷放電特性を
示すグラフである。

【００１２】本発明による非水電解液電池であるコイン
形のリチウム電池１は、図１に示すように、正極缶２を
有しており、正極缶２内には、集電体３、正極合剤５、
セパレータ６及びリチウム負極７からなる発電要素８が
載置されている。即ち、正極缶２の内面中央部には、ペ
レット状に成形された多孔質の正極合剤５が集電体３を
介して載置されており、正極合剤５の上側には、ポリプ
ロピレン不織布からなるセパレータ６を介して円盤状の
リチウム負極７が載置されている。また、リチウム負極
７の上側には負極端子９が載置されており、負極端子９
の周縁部は、ポリプロピレンからなるリング状のガスケ
ット１０を介して前記正極缶２の立上り部に把持されて
いる。なお、正極合剤５、セパレータ６及び正極合剤５
の周囲の空間には、プロピレンカーボネートとジメトキ
シエタンとの混合溶液にＬｉＣｌＯ₄を溶解した非水電
解液が保持されている。

【００１３】ここで、前記正極合剤５は、その空孔率が
３４〜４０％、空孔利用率が８０％以上となっている。
そのため、非水電解液の保持量は正極合剤１ｇ当り０．
１８ｇ以上が確保されるので、通常の放電性能のみなら
ずパルス放電などの重負荷放電時の放電性能も安定す
る。

【００１４】ところで、コイン形のリチウム電池１を製
造する際には、まず正極合剤５を調製する。それには、
二酸化マンガン（主剤）と、黒鉛またはカーボンブラッ
ク（導電材）と、ポリテトラフルオロエチレン（バイン
ダー）とからなる正極活物質に、粉末状の樟脳、ナフタ
リン等の昇華性物質を添加する。昇華性物質の添加量は
正極活物質に対して１〜５％とする。次いで、これを混
合・造粒してペレット状に成形した後、加熱乾燥する。
すると、昇華性物質が気化し、その結果、空孔率が３４
〜４０％で空孔利用率が８０％以上の多孔質の正極合剤
５が調製される。

【００１５】こうして、多孔質の正極合剤５が調製され
たところで、この正極合剤５を用いて公知の手法でコイ
ン形のリチウム電池１を組み立てる。即ち、正極缶２の
内面中央部に集電体３を溶接し、該集電体３に前記正極
合剤５を圧着する。次に、正極合剤５の上側にセパレー
タ６を載置し、この上から非水電解液を注入する。一
方、円盤状に打抜き加工されたリチウム負極７を負極端
子９の内面中央部に圧着すると共に、負極端子９の周縁
部にガスケット１０を嵌着する。そして、正極缶２の上
に負極端子９を被せてリチウム負極７がセパレータ６を
介して正極合剤５に対向するようにした後、正極缶２の
立上り部を内方にかしめて封口する。ここで、コイン形
のリチウム電池１の組立が終了する。

【００１６】なお、上述の実施例においては、空孔率が
３４〜４０％で空孔利用率が８０％以上の多孔質の正極
合剤５を調製するのに昇華性物質を用いた場合について
説明したが、昇華性物質の代わりに分解・蒸発性物質
（真空乾燥によって分解または蒸発する無機または有機
物質であり、例えば、氷、ポリビニルピロリドン、ポリ
ビニルブチラール等）を用いることも可能である。以
下、分解・蒸発性物質を用いて多孔質の正極合剤５を調
製する場合について説明する。

【００１７】即ち、分解・蒸発性物質として氷を用いる
場合には、二酸化マンガン（主剤）と、黒鉛またはカー
ボンブラック（導電材）と、ポリテトラフルオロエチレ
ン（バインダー）とからなる正極活物質に、水を添加し
た後、−１０℃に冷却することにより、水を凝固させて
氷の状態にする。水の添加量は正極活物質に対して１〜
５％とする。次いで、これを混合・造粒してペレット状
に成形した後、真空乾燥する。すると、氷が蒸発し、そ
の結果、空孔率が３４〜４０％で空孔利用率が８０％以
上の多孔質の正極合剤５が調製される。

【００１８】また、分解・蒸発性物質としてポリビニル
ピロリドン（以下「ＰＶＰ」と略記する）又はポリビニ
ルブチラール（以下「ＰＶＢ」と略記する）を用いる場
合には、二酸化マンガン（主剤）と、黒鉛またはカーボ
ンブラック（導電材）と、ポリテトラフルオロエチレン
（バインダー）とからなる正極活物質に、ＰＶＰ又はＰ
ＶＢを添加する。ＰＶＰ又はＰＶＢの添加量は正極活物
質に対して１〜５％とする。次いで、これを混合・造粒
してペレット状に成形した後、真空乾燥する。すると、
ＰＶＰ又はＰＶＢが分解または蒸発し、その結果、空孔
率が３４〜４０％で空孔利用率が８０％以上の多孔質の
正極合剤５が調製されるのである。

【００１９】上述の効果を確認するため、樟脳、氷、Ｐ
ＶＰをそれぞれ正極活物質に１、３、５％添加し、金型
を用いて４、６トンの成形圧力で成形して多孔質の正極
合剤（実施例）を調製した。なお、樟脳、氷、ＰＶＰの
添加量が５％を越えると、成形時に正極合剤が金型に貼
り付く現象がみられた。また、比較例として、正極活物
質に昇華性物質も分解・蒸発性物質も添加せず、金型を
用いて２、３、４、５、６トンの成形圧力で成形した従
来の正極合剤（従来例）を調製した。これらの正極合剤
について、成形密度および空孔率を求めた。空孔率は、
合剤粒子を非水電解液の成分（溶質を含まないプロピレ
ンカーボネート、ジメトキシエタン）中で真空引きして
求めた正極合剤の真比重と成形密度から、数１に示す数
式を用いて算出した。また、正極合剤を非水電解液中に
浸漬したとき（通常の電池組立時の非水電解液の吸液状
態を想定）の吸液量から求めた吸液できる空孔、即ち吸
液空間を求め、この吸液空間と空孔率から、数２に示す
数式を用いて空孔利用率を算出した。

【００２０】

【数１】空孔率（％）＝１００×（１−成形密度÷真比重）

【００２１】

【数２】空孔利用率（％）＝１００×（吸液空間÷空孔率）

【００２２】これらの結果をまとめて表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、従来例では、成
形圧力の増大に伴ない、成形密度が高くなると共に、空
孔率が低下する傾向にある。また、空孔率と吸液空間と
の差が増大しており、高圧力ほど非水電解液が保持され
ない空孔が多くなっていることが分かる。これに対して
実施例では、成形圧力が高くても、昇華性物質または分
解・蒸発性物質の添加により非水電解液が充填されない
空孔（隠蔽空間）が少なくなっており、空孔の有効利用
が図られていると言える。

【００２５】また、上記の実施例と従来例について重負
荷放電特性（２．７ｋΩ）を比較した。その結果を図２
に示す。図２において、は樟脳、は氷、はＰＶＰ
を用いた場合の放電曲線であり、は従来例の放電曲線
である。図２から、従来例（図２の）に比べて実施例
（図２の、、）は重負荷放電時の放電性能が安定
化していることが判る。

【００２６】なお、上述の実施例においては、コイン形
のリチウム電池１について説明したが、ボビン形やスパ
イラル形のリチウム電池に本発明を適用することも可能
である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成形時に含まれる昇華性物質、分解・蒸発性物質が乾燥
によって気化、分解または蒸発し、多孔質の正極合剤５
として非水電解液を迅速に吸液し、多量（正極合剤１ｇ
当り０．１８ｇ以上）の非水電解液を安定して保持し得
ることから、部品点数を増やすことなく重負荷放電時の
放電性能を安定化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非水電解液電池の一実施例を示す
正面図である。

【図２】非水電解液電池の重負荷放電特性を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１……非水電解液電池５……多孔質の正極合剤６……セパレータ７……負極８……発電要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質の正極合剤（５）と負極（７）と
をセパレータ（６）を介して対向させた発電要素（８）
に非水電解液を注入して構成される非水電解液電池
（１）において、前記正極合剤が、３４〜４０％の空孔率を有し、かつ８
０％以上の空孔利用率を有することを特徴とする非水電
解液電池。
【請求項２】正極活物質に昇華性物質を該正極活物質
に対して１〜５％添加し、次いで、これを混合・造粒して所定の形状に成形し、その後、これを加熱乾燥して当該昇華性物質を気化させ
て多孔質の正極合剤（５）を調製し、更に、前記正極合剤にセパレータ（６）を介して負極
（７）を対向させて発電要素（８）を組み立てると共
に、前記発電要素に非水電解液を注入するようにして構成し
た非水電解液電池の製造方法。
【請求項３】正極活物質に分解・蒸発性物質を該正極
活物質に対して１〜５％添加し、次いで、これを混合・造粒して所定の形状に成形し、その後、これを真空乾燥して当該分解・蒸発性物質を分
解または蒸発させて多孔質の正極合剤（５）を調製し、更に、前記正極合剤にセパレータ（６）を介して負極
（７）を対向させて発電要素（８）を組み立てると共
に、前記発電要素に非水電解液を注入するようにして構成し
た非水電解液電池の製造方法。