JPH0765862A

JPH0765862A - 非水溶媒二次電池

Info

Publication number: JPH0765862A
Application number: JP5209388A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Suzuki; 信太郎鈴木; Moriyasu Wada; 守叶和田
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【構成】リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素質材料か
らなる負極体、セパレータならびにリチウム含有複合酸
化物を正極活物質とする正極体を、この順序で一体的に
積層又は巻回してなる電池要素を具備する非水溶媒二次
電池において、該負極体が炭素繊維シートからなる集電
体の両面又は片面に炭素質材料からなるスラリーを塗
布、乾燥したものであることを特徴とする非水溶媒二次
電池。【効果】電池の単位重量当たりのエネルギー密度が大
きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負極体の集電体が炭素
繊維シートである非水溶媒二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の発達に伴い、小型で軽
量かつエネルギー密度が高く、さらに繰り返して使用可
能な二次電池の開発が要望されている。この種の二次電
池としては、負極にリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質
材料を、正極にコバルト、ニッケル又はマンガンなどを
含むリチウム含有複合酸化物を用いたものが知られてい
る。

【０００３】これらの電池の負極体は、図１に縦断面図
を示すように、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料
を負極活物質層（１）として、これに水溶媒系結着剤又
は非水溶媒系結着剤を加えてスラリー状にし、厚さ１０
〜５０μm の銅、ニッケルなどからなる金属製薄板の負
極集電体（２）の片面又は両面に塗布し、これを圧延、
乾燥したものが用いられている。

【０００４】しかしながら、従来の非水溶媒二次電池で
は、負極の集電体に銅（比重８．９）、ニッケル（比重
８．８）など比重の大きい金属を使用しているので、リ
チウムを吸蔵した炭素材料を負極に用いているにもかか
わらず、電池の単位重量当りのエネルギー密度が大きく
ないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した問題を解決するために、軽量な負極集電体を用いる
ことによって、高い単位重量当りのエネルギー密度を有
する非水溶媒二次電池を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はリチウムを吸蔵
及び放出可能な炭素質材料からなる負極体、セパレータ
ならびにリチウム含有複合酸化物を正極活物質とする正
極体を、この順序で一体的に積層又は巻回してなる電池
要素を具備する非水溶媒二次電池において、該負極体の
集電体が炭素繊維シートである非水溶媒二次電池に関す
る。

【０００７】負極体は、次のようにして作製する。すな
わち、有機化合物の焼成体である炭素質材料に、カルボ
キシメチルセルロース等の水溶媒系結着剤又はエチレン
・プロピレン・ジエン三元共重合体等の非水溶媒系結着
剤を加えてスラリー状に調製する。次いで、１０〜２０
μm の厚さで、比重２．０以下の軽量な炭素繊維シート
を集電体とし、その両面または片面に上記スラリーを塗
布し、圧延、乾燥する。

【０００８】本発明で用いる炭素繊維には、石油ピッチ
を紡糸した繊維を、例えば窒素雰囲気中で１，２００℃
で２時間熱処理したものや、ポリアクリロニトリル、レ
ーヨンなどの有機繊維を、例えば窒素雰囲気中で１，４
００℃で５時間熱処理したものを用いることができる。
このようにして得られる炭素繊維は従来用いられていた
金属製集電体に比べて軽量であり、また熱処理条件によ
っては、リチウムを吸蔵させ負極容量を増大させるとい
う利点もある。また、このようにして得られる炭素繊維
は、シート状にして使用することができるが、ペーパー
状として用いるのが好ましい。

【０００９】図３は、このようにして作製した負極の断
面図を示したものであり、３１はリチウムを吸蔵・放出
可能な炭素質材料層からなる負極活物質層、３２は負極
集電体の炭素繊維シートである。

【００１０】正極体には、コバルト、ニッケル又はマン
ガンなどを含むリチウム含有複合酸化物に導電剤、結着
剤を混合したものを、チタン又はアルミニウムのシート
状集電体に塗布し、これを圧延、乾燥したものを用い
る。

【００１１】またセパレータには、ポリプロピレンもし
くはポリエチレンの多孔質シートを用いる。

【００１２】非水電解液には、例えば、リチウム塩を電
解質として、これを有機溶媒に溶解したものを用いる。

【００１３】ここで、上記有機溶媒にはプロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、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、１，３−ジオキソラン、４−
メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、ス
ルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピ
オニトリルなどの単独もしくは複数の混合溶媒を用いる
ことができる。上記電解質には、公知のものを用いるこ
とが可能であって、具体的には、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡ
ｓＦ₆ 、ＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＢ（Ｃ₆ Ｈ₅)
₄ 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＣＨ₃ ＳＯなどを用いること
ができる。

【００１４】次に本発明の電池構成について述べる。図
２は本発明の非水溶媒二次電池の断面図であり、積層電
極体（３）は、リチウム含有複合酸化物、導電剤、結着
剤などからなる帯状正極４と炭素質材料からなる帯状負
極（５）との間に、帯状セパレータ（６）を介在させて
渦巻状に巻回することにより構成される。帯状セパレー
タ（６）は、帯状正極（４）及び帯状負極（５）より少
なくとも電極の上端又は下端において幅広になってい
る。したがって、セパレータ（６）の上端及び下端は、
積層電極体（３）の上端面および下端面において、帯状
正極（４）及び帯状負極（５）より幅広に突出する突出
部（７）を形成している。帯状正極（４）にはアルミニ
ウム、チタン等の板状正極リード（８）が、また帯状負
極（５）にはニッケル、チタン製等の板状負極リード
（９）が、それぞれの電極への集電のために取り付けら
れている。これらの電池要素は、積層電極体（３）の上
下端面にそれぞれ配置される円盤状の隔離板（１０）及
び（１１）とともに、ステンレス製又はニッケルめっき
を施した鉄製などの電池外装缶（１２）内に収納されて
いる。隔離板（１０）及び（１１）は合成樹脂などの絶
縁材料で作られていて、その中心に中心孔をそれぞれ備
えている。また、上端面の隔離板（１０）は閉蓋用蓋体
（１３）、安全弁（１４）及び中蓋（１５）を、また下
端面の隔離板（１１）は電池外装缶（１２）を、それぞ
れ積層電極体（３）に対して隔離し、電気的に絶縁して
いる。

【００１５】電池外装缶（１２）の上端面は開放されて
おり、上端部（１６）に上方開口が設けられている。封
口板を構成する閉蓋用蓋体（１３）、安全弁（１４）及
び中蓋（１５）が、上方開口を閉塞するために電池外装
缶（１２）の上端部（１６）に取り付けられている。す
なわち、閉蓋用蓋体（１３）、安全弁（１４）及び中蓋
（１５）のそれぞれの外周面は互いに重ね合わされ、こ
の重ね合わせ部の外側に封口ガスケット（１７）が嵌め
込まれている。そして、この重ね合わせ部が、封口ガス
ケット（１７）を介して電池外装缶（１２）の上端部
（１６）にかしめ止めされることにより、積層電極体
（３）等の電池要素は電池外装缶（１２）内に密封され
る。

【００１６】また、閉蓋用蓋体（１３）には、電池内に
ガスなどが発生して電池内圧が所定値以上に上昇した場
合に、安全弁（１４）を開裂するための突起が備えられ
ている。さらに、閉蓋用蓋体（１３）と中蓋（１５）に
は、ガスを逃すためのガス抜き穴も設けられている。板
状正極リード（８）は上端面の隔離板（１０）の中心孔
を通って中蓋（１５）まで延び、板状負極リード（９）
は下端面の隔離板（１１）の中心孔を通って電池外装缶
（１２）の底面まで延び、それぞれそこで溶接されてい
る。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明を実施例及び比較例によって
詳細に説明する。

【００１８】実施例１（１）負極体の作製ノボラック樹脂を窒素雰囲気中で９５０℃の温度で１時
間焼成した。次いで、これを同じく窒素雰囲気中で１，
５００℃の温度で２時間処理することによって炭素化し
た。このようにして得られた炭素化物を破砕して、平均
径が１０μm の粉末とした。次に、この粉末にカルボキ
シメチルセルロースとスチレンブタジエンゴムの混合物
（重量比１：２）である水溶媒系結着剤を加えてスラリ
ーを調製した。このスラリーを、厚さ２０μm のペーパ
ー状炭素繊維からなる集電体の両面に塗布し、圧延、乾
燥して負極体（５）とした。このようにして作製した負
極体は、幅４０mm、長さ３５０mm、厚さ０．２５mmの形
状に裁断して用いた。

【００１９】（２）積層電極体の作製図２に従って説明する。上記の方法により作製した帯
状負極（５）；ＬｉＣｏＯ₂ を活物質として用いた帯
状正極（４）；及びエチレンカーボネートとプロピレ
ンカーボネート１：１（容量比）の混合溶媒に、ＬｉＢ
Ｆ₄ を１モル/Lの濃度で溶解した電解液を含浸させたポ
リプロピレン多孔質シートからなるセパレータ（６）
を、この順序で帯状に積層して帯状負極（５）が外側に
なるように巻回して積層電極体（３）を作製した。

【００２０】（３）電池の組立て図２に従って説明する。上記のようにして作製した巻回
した円筒形の積層電極体（３）を、底部に隔離板（１
１）を着設し負極端子を兼ねる有底電池外装缶（１２）
内に収納し、中蓋（１５）、安全弁（１４）、及び閉蓋
用蓋体（１３）によって封口して、Ａサイズ（外径１７
mm、高さ５０mm）電池を組立てた。

【００２１】（４）充放電サイクル試験このようにして組立てた電池を、０．５Ａの電流で４．
２Ｖになるまで充電し、次に０．５Ａの電流で２．７Ｖ
まで放電して、この充放電を１０サイクル繰り返した。
このときの放電容量を測定し、電池の単位重量当りのエ
ネルギー密度を算出したところ、９３．６Wh/kg であっ
た。

【００２２】比較例１集電体としてペーパー状の炭素繊維の代わりに厚さ２０
μm の銅板を用いた以外は、実施例１と同様にして積層
電極体（３）を作製し、電池を組み立て充放電サイクル
試験を行った。このときの電池単位重量当りのエネルギ
ー密度は、８６．４Wh/kg であった。

【００２３】実施例２角形に巻回した積層電極を収納した縦３４mm、横８mm、
高さ４８mmの角形電池とした以外は、実施例１と同様に
して負極を作製し、積層電極を作製し、電池を組立て充
放電サイクル試験を行った。このときの電池単位重量当
りのエネルギー密度は９２Wh/kg であった。

【００２４】比較例２角形に巻回した積層電極を収納した縦３４mm、横８mm、
高さ４８mmの角形電池とした以外は、比較例１と同様に
して負極を作製し、積層電極を作製し、電池を組立て充
放電サイクル試験を行った。このときの電池単位重量当
りのエネルギー密度は８３Wh/kg であった。

【００２５】実施例３負極体の長さを３８０mmとして電極面積を大きくした以
外は、実施例１と同様にして負極を作製し、積層電極を
作製し、電池を組立て充放電サイクル試験を行った。こ
のときの電池単位重量当りのエネルギー密度は９５Wh/k
g であった。

【００２６】比較例３負極体の長さを３８０mmとして電極面積を大きくした以
外は、比較例１と同様にして負極を作製し、積層電極を
作製し、電池を組立て、充放電サイクル試験を行った。
このときの電池単位重量当りのエネルギー密度は８８Wh
/kg であった。

【００２７】

【発明の効果】負極体の集電体に炭素繊維シートを用い
ることにより、電池の単位重量当たりのエネルギー密度
の大きな非水溶媒二次電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のリチウム二次電池の負極体の縦断面図で
ある。

【図２】本発明にかかる円筒形リチウム二次電池の縦断
面図である。

【図３】本発明の一実施例である負極体の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１…負極活物質層２…負極集電体３…積層電極体４…帯状正極５…帯状負極６…セパレータ７…突出部８…板状正極リード９…板状負極リード１０，１１…隔離板１２…電池外装缶１３…閉蓋用蓋体１４…安全弁１５…中蓋１６…上端部（上方開口）１７…封口ガスケット３１…負極活物質層３２…負極集電体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムを吸蔵及び放出可能な炭素質材
料からなる負極体、セパレータならびにリチウム含有複
合酸化物を正極活物質とする正極体を、この順序で一体
的に積層又は巻回してなる電池要素を具備する非水溶媒
二次電池において、該負極体が、炭素繊維シートからな
る集電体の両面又は片面に炭素質材料からなるスラリー
を塗布、乾燥したものであることを特徴とする非水溶媒
二次電池。