JPH08306352A - 非水系電池 - Google Patents

非水系電池

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JPH08306352A
JPH08306352A JP7136138A JP13613895A JPH08306352A JP H08306352 A JPH08306352 A JP H08306352A JP 7136138 A JP7136138 A JP 7136138A JP 13613895 A JP13613895 A JP 13613895A JP H08306352 A JPH08306352 A JP H08306352A
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lithium
paper
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Jiyunichi Ushimoto
順一 丑本
Isao Kuribayashi
功 栗林
Masataka Yamashita
正隆 山下
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NIPPON KOUDOSHI KOGYO KK
Nippon Kodoshi Corp
A&T Battery Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐熱性、イオン透過性に優れるとともに、薄
くかつ絶縁性に優れたセパレータを用いることで電池容
量を増大させかつ高性能な非水系電池を提供する。 【構成】 非水系電池における電極間に介在するセパレ
ータとして、叩解可能な再生セルロース繊維をCSF6
00〜0mlの範囲で叩解した叩解原料を10重量%以
上使用して抄造された紙を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非水系の電解液を用
い、正極と負極との間に配設され絶縁しつつイオンを通
じるセパレータを用いた非水系電池に係り、特にセパレ
ータ本体を薄くすることができ、かつこの種セパレータ
に要求される諸特性を充分に発揮することのできる高性
能なセパレータを用いた非水系電池に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、携帯電話、携帯用ノートパソコ
ン、ビデオムービー等の小型でコードレスで用いられる
携帯用電子機器がめざましく普及している。そして、こ
のような機器には、小型で高容量化が図れるリチウム電
池やリチウムイオン二次電池等の非水系電解液の電池が
多く用いられてきている。
【0003】そして、非水系電池にあっては電池の正極
と負極との間に配設され電極間を絶縁しつつイオンを通
じるセパレータとして、織布、不織布、ガラス織布、微
細孔を有する合成樹脂微細多孔膜等が用いられており、
特に薄くすることができること、引張強度、イオン透過
性の点でポリエチレン微細多孔膜等のポリオレフィン系
微細多孔膜が多く用いられている。しかし、合成樹脂微
細多孔膜は耐熱性に劣ることから、非水系電池のセパレ
ータとして本願発明者は耐熱性に優れる紙に注目する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、紙は耐
熱性、引張強度に優れ水系電解液の電池では有効である
が、非水系電池に紙のセパレータを用いた場合はイオン
透過性に劣り、また非水系電池の更なる高容量化の要請
によりセパレータを更に薄くすることが求められている
が、セパレータの紙を薄くすると正極と負極間の絶縁性
が劣り電極間がショートする恐れがある。
【0005】そこで、本発明にあっては、耐熱性、イオ
ン透過性に優れるとともに、薄くかつ絶縁性に優れたセ
パレータを用いることで電池容量を増大させかつ高性能
な非水系電池を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成すべ
く、本発明の非水系電池は、電極間に介在するセパレー
タに、叩解可能な再生セルロース繊維の叩解原料を10
重量%以上使用して抄造された紙を用いることを特徴と
するものである。
【0007】また、再生セルロース繊維の叩解原料を、
JIS P 8121に規定する叩解の程度を示す値C
SF600〜0mlまでの範囲で叩解する。
【0008】また、紙の厚さを20〜60μm、密度が
0.25〜0.70g/cm3とする。
【0009】また、正極活物質がTiS2、MoS2、N
bSe等の金属カルコゲン化合物、V2O5、MnO2、
Nb2O5等の金属酸化物、LiCoO2、LiNiO2、
LixMn2O4等のリチウム含有複合金属酸化物、ポリ
アニリン、ポリピロール等の高分子重合体、フッ化カー
ボンのいずれか1種、負極活物質がLi金属及びLiA
l等のリチウム合金、炭素質材料、ポリアセン、ポリ−
P−フェニレン等の導電性高分子材料、LixFe
2O2,LixWO2等の金属酸化物のいずれか1種、電解
液の電解質がLiClO4、LiPF6、LiAsF6、
LiBF4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3
SO2)2NLi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、電解液の溶媒がプロピレンカーボ
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、メチルエチルカーボネー
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
とする。
【0010】また、正極活物質にLiCoO2、LiN
iO2、LixMn2O4等のリチウム含有複合酸化物、負
極活物質に炭素質材料を用いる。
【0011】
【作用】叩解可能な再生セルロース繊維は、高比重で高
度に発達したフィブリルの網状構造を有することから、
叩解機で叩解処理を施すことにより均一なフィブリル化
が可能である。また、叩解可能な再生セルロース繊維
は、叩解することでフィブリルが発生して柔軟性が増す
ため、高密度で引張強度に優れたセパレータを製作する
ことができる。そして、得られたフィブリル化微細繊維
は、天然繊維のフィブリル化微細繊維を紙にしたときの
如くフィルム状にはならず、互いに独立した微細繊維が
無数の点接着により構成されるため、極めて緻密とな
り、更にフィブリルの断面はほぼ真円であることから、
イオン透過性に優れる。
【0012】
【実施例】本発明は、非水系電池のセパレータの原料と
して、低酸浴紡糸による高重合度の再生セルロース繊維
(通称ポリノジックレーヨン)や、アミン・オキサイド
系等による溶剤紡糸レーヨン等の、通常の抄紙工程に設
置された叩解機で叩解(フィブリル化)可能な再生セル
ロース繊維に着目したものであり、この叩解可能な再生
セルロース繊維の叩解原料を10重量%以上使用して抄
造された紙を用いてセパレータを作成するものである。
【0013】再生セルロース繊維は、JIS P 81
21に規定する叩解の程度を示す値CSF600〜0m
lの範囲内に叩解することが好適である。本発明に使用
されるポリノジックレーヨン及び溶剤紡糸レーヨンは、
ともに未叩解でのCSFが800ml程度であり、叩解
することによりフィブリルは徐々に発生するが、叩解の
程度が浅い場合にはフィブリルによる接着点が少なく強
度が弱くなる。そのため、必要なフィブリルを得るため
には、CSF600ml以下まで叩解することが適当で
ある。また、ポリノジックレーヨン及び溶剤紡糸レーヨ
ンはともにCSFの数値が0mlとなるまで叩解して
も、繊維の捩れによる地合崩れや乾燥時におけるフィル
ム状の生成はなく、緻密性の向上と強度増強を図ること
ができる。
【0014】叩解された再生セルロース繊維に配合する
他のパルプは特に限定はなく、マニラ麻、サイザルパル
プ、針葉樹クラフトパルプ等の何れであってもよい。ま
た、その叩解の程度は、再生セルロース繊維の叩解の程
度に応じて適当に叩解すればよい。そして、これらの混
合比は、再生セルロース繊維の叩解原料の分量によって
決定される。
【0015】まず、本発明の非水系電池におけるセパレ
ータの原料として、2〜5mmに裁断した叩解可能な再
生セルロース繊維を所定の叩解機により適度なCSFの
数値になるまで叩解する。他方、混合原料となる天然繊
維も同様にして適度な叩解を施した後、これらの叩解原
料を適宜混合して所定の厚さのセパレータを抄造する。
このようにして得られたセパレータを、正極と負極との
間に介在させ、巻回する等して積層しこれに電解液を含
浸させて本発明の非水系電池を製作する。
【0016】得られるセパレータは、厚さ20〜100
μm、密度0.25〜0.90g/cm3の通常使用さ
れているセパレータの範囲において有効であるが、特に
厚さが20〜60μm、密度が0.25〜0.70g/
cm3の範囲で好ましい結果を得ることができる。
【0017】ポリノジックレーヨン、溶剤紡糸レーヨン
等の叩解可能な再生セルロース繊維は、叩解処理によっ
て結晶単位の均一なフィブリルまで叩解することがで
き、この叩解原料を天然繊維に混合することによって天
然繊維間の空隙を適度に埋め、地合が均一でしかも極め
て高い緻密性を有するとともに、微多孔質状のシートに
形成されることから、これによりイオン透過性に優れ、
しかも引張強度に優れたセパレータが得られるものであ
る。
【0018】本発明の非水系電池の正極活物質として
は、TiS2、MoS2、NbSe等の金属カルコゲン化
合物、V2O5、MnO2、Nb2O5等の金属酸化物、L
iCoO2、LiNiO2、LixMn2O4等のリチウム
含有複合金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール等の
高分子重合体、フッ化カーボンのいずれか1種を用い
る。特に、リチウムイオンを脱ドープしかつドープし得
る正極活物質で、一般式LixMyNzO2(Mは遷移金属
の少なくとも1種を表わし、Nは非遷移金属の少なくと
も1種を表わす。Mは特に限定されないが、Co、N
i、Fe、Mn、V、Mo等が挙げられ、同じくNも特
に限定されないが、Al、In、Snが挙げられる)で
示されるリチウム含有複合金属酸化物が好ましい。その
具体例としては、Liイオンを含有した放電状態での化
学式で示すと、 リチウムコバルト酸化物、例えばLixCoyNzO2(N
はAl、In、Snの中から選ばれた少なくとも1種の
金属、0<x≦1.1、0.5<y≦1,z≦0.
1)、LixCoO2(0<x≦1)、LixCoyNiz
O2(0<x≦1、y+z=1) リチウムニッケル酸化物、例えばLixNiO2(0<x
≦1) リチウムマンガン酸化物、例えばLixMnO2、Lix
Mn2O4(0<x≦1)、LiCoxMn2-xO4(0<
x≦0.5) リチウムクロム酸化物、例えばLixCr3O8(0<x
≦1)、LiCrO2 リチウムバナジウム酸化物、例えばLixV2O5(0<
x≦1)、LixV6O13、Li1+xV3O8 リチウムモリブデン酸化物、例えばLixMoO2 リチウムモリブデン二硫化物、例えばLixMoS2 リチウムチタン酸化物、例えばLixTi2O4 リチウムチタン硫化物、例えばLixTi2S2 リチウム鉄酸化物、例えばLixFeO2(0<x≦
1)、LixFeyNzOz(NはCo,Ni,Ti,Mn
の中から選ばれた少なくとも1種の金属、0<x≦1、
0.8≦y≦0.99、0.01≦z≦0.2) 等が挙げられる。そして、特に好ましくはリチウムコバ
ルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガ
ン酸化物、リチウム鉄酸化物である。
【0019】本発明の非水系電池の負極活物質として
は、Li金属及びLiAl等のリチウム合金、炭素質材
料、ポリアセン、ポリ−P−フェニレン等の導電性高分
子材料、LixFe2O2,LixWO2等の金属酸化物の
いずれか1種が用いられる。特に、リチウムイオンをド
ープし、かつ脱ドープし得る負極活物質で、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)等の炭
素質材料が好ましい。
【0020】本発明の非水系電池に用いられる電解液の
電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF
6、LiBF4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、CF
3SO3Li、(CF3SO2)2NLi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を使用する。
【0021】本発明の非水系電池に用いられる電解液の
溶媒としては、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、メチル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を使用する。
【0022】以下、実施例により本発明の非水系電池を
更に詳しく説明する。 (1)正極の作成方法 Li1.03Co0.92Sn0.02O2の組成を有するLi,C
o複合酸化物100重量部とグラファイト2.5重量
部、アセチレンブラック2.5重量部を混合した後、フ
ッ素ゴム2重量部を酢酸エチル/エチルセロソルブの
1:1(重量比)混合溶剤60重量部に溶解させた液を
混合し、スラリー状塗工液を得た。そして、この塗工液
を幅600mm、厚さ15μmのAl箔の両面に、ドク
ターブレードコーターヘッドを有する塗工機を用いて片
面あたり270g/m2(乾燥時)の塗布量で塗布し、
その塗工厚と215μmとする。この塗工品をカレンダ
ーロールにてプレス後、スリッターを用い39mm幅に
スリットし、非水系電池の正極とする。
【0023】(2)負極の作成方法 ニードルコークス粉砕品100重量部とフッ素ゴム5重
量部を、酢酸エチル/エチルセロソルブの1:1(重量
比)混合溶剤90重量部に溶解させた液を混合し、スラ
リー状塗工液を得た。そして、この塗工液を幅600m
m、厚さ10μmのCu箔の片面に、ドクターブレード
コーターヘッドを有する塗工機を用いて138g/m2
(乾燥時)の塗布量で塗布し、その塗工厚を300μm
とする。この塗工品をカレンダーロールにてプレス後、
スリッターを用い40mm幅にスリットし、非水系電池
の負極とする。
【0024】(3)非水系電池の作成方法 セパレータの両面に上記正極と負極とを重ね、捲回機を
用いて外径14.9mmのコイル状に捲回する。この捲
回コイルを外径16mmの電池缶に入れ、プロピレンカ
ーボネート/エチレンカーボネート/γ−ブチロラクト
ンの1:1:2(重量比)の混合溶剤にLiBF4を1
M濃度に溶かしたものを電解液として含浸した後封口
し、高さ50mmの非水系電池を作成した。
【0025】(4)セパレータの評価方法 厚さ、密度、引張強度は、JIS C 2301に規定
する方法で測定した。ESR(等価直列抵抗)は、20
℃にて1kHzの周波数でLCRメータによって測定し
た。
【0026】(5)非水系電池の評価方法 電池容量は、20℃にて0.5Aで放電したときの値を
測定した。ショート率は、非水系電池組立初期における
セパレータの絶縁不良の比率を絶縁不良個数/測定総数
で表わした。耐熱性を評価する項目として、200℃の
オーブン中に非水系電池を10分間放置した後のセパレ
ータの絶縁不良の比率を絶縁不良個数/測定総数で表わ
した。
【0027】(実施例1)ポリノジックレーヨンをCS
F500mlまで叩解した原料70%と、マニラ麻パル
プをCSF600mlまで叩解した原料30%を混合し
て、厚さ50.0μm、密度0.320g/cm3の紙
を抄造し、これをセパレータとする。このセパレータを
用いた電池について引張強度、ESR、電池容量、ショ
ート不良率、耐熱性を示す200℃10分間後のショー
ト不良率を測定し、その結果を表1に示す。
【0028】(実施例2)溶剤紡糸レーヨンをCSF1
00mlまで叩解した原料80%と、マニラ麻パルプを
CSF580mlまで叩解した原料20%を混合して、
厚さ50.1μm、密度0.315g/cm3の紙を抄
造し、これをセパレータとする。このセパレータを用い
た電池について同様に測定し、その結果を表1に示す。
【0029】(実施例3)溶剤紡糸レーヨンをCSF3
0mlまで叩解した原料にて、厚さ50.4μm、密度
0.318g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータ
とする。このセパレータを用いた電池について測定し、
その結果を表1に示す。
【0030】(実施例4)溶剤紡糸レーヨンをCSF0
mlまで叩解した原料にて、厚さ25.4μm、密度
0.583g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータ
とする。このセパレータを用いた電池について測定し、
その結果を表1に示す。
【0031】(比較例1)厚さ50.1μm、密度0.
315g/cm3のポリエチレン微多孔膜をセパレータ
とした電池について測定し、その結果を表1に示す。
【0032】(比較例2)マニラ麻パルプをCSF70
0mlまで叩解した原料から、厚さ50.2μm、密度
0.305g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータ
とする。このセパレータを用いた電池について測定し、
その結果を表1に示す。
【0033】(比較例3)未叩解のビスコースレーヨン
30%と、マニラ麻パルプをCSF370mlまで叩解
した原料70%を混合して、厚さ50.3μm、密度
0.310g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータ
とする。このセパレータを用いた電池について測定し、
その結果を表1に示す。
【0034】(比較例4)厚さ25.0μm、密度0.
585g/cm3のポリプロピレン微多孔膜をセパレー
タとした電池について測定し、その結果を表1に示す。
【0035】(比較例5)マニラ麻パルプをCSF30
0mlまで叩解した原料から、厚さ25.2μm、密度
0.595g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータ
とする。このセパレータを用いた電池について測定し、
その結果を表1に示す。
【0036】(比較例6)針葉樹クラフトパルプをCS
F0mlまで叩解した原料から、厚さ15.7μm、密
度0.835g/cm3の紙を抄造し、これをセパレー
タとする。このセパレータを用いた電池について測定
し、その結果を表1に示す。
【0037】(比較例7)マニラ麻パルプをCSF0m
lまで叩解した原料から、厚さ20.3μm、密度0.
739g/cm3の紙を抄造し、これをセパレータとす
る。このセパレータを用いた電池について測定し、その
結果を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】表1の測定結果に示した通り、叩解可能な
再生セルロース繊維の叩解原料を配合して抄造した紙を
用いた本発明に係るセパレータは、比較例1,2,4,
5に示す如き従来のポリエチレン微細多孔膜、マニラ麻
パルプからなる紙、ポリプロピレン微多孔膜等と比較し
て、ESR、ショート率、耐熱性ともに改善されてお
り、しかも充分な引張強度及び電池特性を有しているこ
とが明らかである。また、比較例6〜7の如き針葉樹ク
ラフトパルプやマニラ麻パルプを叩解した場合には、E
SRが大きくなり過ぎて充放電ができなくなる。さら
に、比較例4の如き未叩解の再生セルロース繊維を配合
した場合では、ショート率が劣る。
【0040】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、叩
解可能な再生セルロース繊維は、高比重で高度に発達し
たフィブリルの網状構造を有することから、叩解機で叩
解処理を施すことにより均一なフィブリル化が可能であ
る。また、叩解可能な再生セルロース繊維は、叩解する
ことでフィブリルが発生して柔軟性が増すため、高密度
で引張強度に優れたセパレータを製作することができ
る。そして、得られたフィブリル化微細繊維は、天然繊
維のフィブリル化微細繊維を紙にしたときの如くフィル
ム状にはならず、互いに独立した微細繊維が無数の点接
着により構成されるため、極めて緻密となり、更にフィ
ブリルの断面はほぼ真円であることから、イオン透過性
に優れる。これにより、本発明によれば、耐熱性、イオ
ン透過性に優れるとともに、薄くかつ絶縁性に優れたセ
パレータを用いることで、電池容量を増大させかつ高性
能な非水系電池を実現することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 4/06 H01M 6/16 A 6/16 10/40 Z 10/40 D21H 5/14 A (72)発明者 山下 正隆 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社エイ・ティーバッテリー内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極間に介在するセパレータに、叩解可
    能な再生セルロース繊維の叩解原料を10重量%以上使
    用して抄造された紙を用いることを特徴とする非水系電
    池。
  2. 【請求項2】 再生セルロース繊維の叩解原料は、JI
    S P 8121に規定する叩解の程度を示す値CSF
    600〜0mlまでの範囲で叩解されてなることを特徴
    とする請求項1記載の非水系電池。
  3. 【請求項3】 紙は厚さが20〜60μm、密度が0.
    25〜0.70g/cm3であることを特徴とする請求
    項1記載の非水系電池。
  4. 【請求項4】 正極活物質がTiS2、MoS2、NbS
    e等の金属カルコゲン化合物、V2O5、MnO2、Nb2
    O5等の金属酸化物、LiCoO2、LiNiO2、Lix
    Mn2O4等のリチウム含有複合金属酸化物、ポリアニリ
    ン、ポリピロール等の高分子重合体、フッ化カーボンの
    いずれか1種、負極活物質がLi金属及びLiAl等の
    リチウム合金、炭素質材料、ポリアセン、ポリ−P−フ
    ェニレン等の導電性高分子材料、LixFe2O2,Lix
    WO2等の金属酸化物のいずれか1種、電解液の電解質
    がLiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、
    CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2N
    Li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、電解液の溶媒が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、メチル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であることを特
    徴とする請求項1記載の非水系電池。
  5. 【請求項5】 正極活物質にLiCoO2、LiNi
    O2、LixMn2O4等のリチウム含有複合酸化物、負極
    活物質に炭素質材料を用いることを特徴とする請求項1
    記載の非水系電池。
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