JPH11265730A - 線状リチウム2次電池 - Google Patents

線状リチウム2次電池

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JPH11265730A
JPH11265730A JP10065251A JP6525198A JPH11265730A JP H11265730 A JPH11265730 A JP H11265730A JP 10065251 A JP10065251 A JP 10065251A JP 6525198 A JP6525198 A JP 6525198A JP H11265730 A JPH11265730 A JP H11265730A
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JP
Japan
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secondary battery
electrode material
lithium secondary
negative electrode
positive electrode
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JP10065251A
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English (en)
Inventor
Kazuchiyo Takaoka
和千代 高岡
Kenji Hyodo
建二 兵頭
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Mitsubishi Paper Mills Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Paper Mills Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、より内部抵抗の低い、利用し
やすいリチウム2次電池を提供することにある。 【解決手段】少なくとも負極材料、隔壁材料、正極材料
で構成されるリチウム2次電池において、隔壁材料が筒
状に負極材料或いは正極材料を包み込んでなる線状リチ
ウム電池。また銅線周上に負極材料、隔壁材料、正極材
料の順に構成されたことを特徴とする線状リチウム2次
電池。更に隔壁材料が高分子電解質あるいはゲル電解質
であることを特徴とする線状リチウム2次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、線状のリチウム
2次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム2次電池は理論エネルギー密度
が高く、ポータブル電子機器電源をはじめ、電気自動
車、電力貯蔵用電源等その可能性のある応用範囲は広
い。従来のリチウム2次電池は負極集電体、負極材料、
隔離材料、正極材料、正極集電体或いはリチウム金属、
隔離材料、正極材料、正極集電体を層状に重ねたもの
で、その形状はコイン状あるいはシート状、更にシート
状を多層に重ね複合した形状、またこれを巻いて円筒状
等としたものであった。
【0003】また従来のリチウム2次電池に隔壁材料と
して用いられている電解質は、リチウムの高い反応性の
ためにイオン伝導度の高い水溶液系が使えないことか
ら、リチウム塩を非水溶液中に溶解させた有機電解液が
用いられている。しかし、有機電解質では液状であるた
め、電池が破損したり、過充電時の発熱などにより気化
し、常に爆発の危険が伴い、そのために充分な安全策を
講じる必要があり、それがまた電池のコストの上昇の原
因や使い勝手の悪さになっていた。
【0004】リチウム2次電池では、この電解質の抵抗
値を引き下げることは重要な検討課題である。一般的
に、電池の隔壁材料部の電気抵抗を引き下げようとする
場合、隔壁材料部の膜厚を薄くするか、面積を増加させ
る。しかし隔壁材料を薄くしていくと負極材料と正極材
料の短絡の危険が伴うため自ずと限界がある。一般的に
隔壁材料部の膜厚は10から200μmおおよそ20か
ら800μmである。このために更に電池の内部抵抗を
引き下げようとすると電池の膜厚を薄くしていく必要が
ある。しかし電池厚dと電池面積Sの関係は体積Vあた
りでは一義的に決まっており、S=V/dなる関係にあ
る。この関係によれば電池の性能をその構造面から引き
上げるには、電池の厚さを小さくし、内部抵抗を引き下
げることが唯一の方法であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
のシート状或いはシート状を複合したした電池に比べ、
更に電池の面積を増大させてより内部抵抗の小さな線状
のリチウム2次電池を提供することにある。またより利
用し易いリチウム2次電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは検討した結
果、少なくとも負極材料、隔壁材料、正極材料で構成さ
れるリチウム2次電池において、隔壁材料が筒状に負極
材料あるいは正極材料を包み込んでなる線状リチウム2
次電池において上記問題を解決した。また銅線表面の周
上に負極材料、隔壁材料、正極材料の順に構成されたこ
とを特徴としてより利用しやすいリチウム2次電池を提
供する。更に隔壁材料が高分子電解質あるいはゲル電解
質であることを特徴とする線状リチウム2次電池を用い
て上記問題を解決した。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
先に述べたように、各材料を層状に重ねたシート状の電
池では体積V中の面積Sは、電池厚をdとしてS=V/
dの関係にある。しかし隔壁材料によって負極材料或い
は正極材料を包み込んだ形状では、例えば負極材料、隔
壁材料、正極材料を横断する断面が円形である円柱状の
場合、円の半径をdとし、正極と負極の体積を等しくし
た場合、隔壁材料で囲まれた内部の筒状の周上の表面積
SはS=1.41×V/d>V/dとなり、同じ体積で
電池を多層に重ねたシート状に比べ1.41倍に増大す
る。この結果リチウム2次電池の内部抵抗は0.707
倍に引き下げられることになり、その分充放電時の電流
密度は増大させることができる。
【0008】このような線状リチウム2次電池は、中心
部から、少なくとも線状基材の周上に負極集電体、負極
材料、隔壁材料、正極材料、正極集電体、表面保護材料
或いは線状基材、正極集電体、正極材料、正極集電体、
表面保護材料の構成になる。このとき、線状基材が銅で
あれば、そのまま負極集電体に利用することができる。
線状基材としては、銅の他、アルミニウム、鉄、ニッケ
ル、リチウム等の金属や、プラスティックケーブル、ガ
ラスファイバー、石英ファイバー等光学的に透明な材料
も使用することができる。
【0009】負極集電体としては、銅の他に白金、金、
銀等が使用できる。負極材料としてはリチウム金属、カ
ーボン、酸化錫、ポリアセン等が使用できる。負極材料
がリチウム金属の場合には負極集電体は必要ではない。
正極集電体としては白金、金アルミニウム等が使用でき
る。正極材料としてはコバルト酸リチウム、ニッケル酸
リチウム、マンガン酸リチウム、酸化バナジウムやこれ
らの複合物或いは混合物の他、ポリアニリン、ポリピロ
ール、ポリチオフェン、ポリアセン等高分子化合物やこ
れらに含硫黄化合物を複合した材料等が使用できる。
【0010】隔壁材料としては高分子電解質或いはゲル
電解質を利用する。これは線状のリチウム電池となるた
めに電解質といえども、その形状保存して製造する必要
があるからである。ここで高分子電解質とは、高分子と
リチウム塩からなる電解質であり、ゲル電解質とは高分
子が有機溶剤をゲル化して形状を保持できた電解質を意
味する。このような電解質は、比較的高いイオン伝導
性、広い電位窓、良好な薄膜形成性、柔軟性、軽量性、
弾性、透明性等を備えた優れた特徴を持っている。ま
た、リチウム2次電池では、負極材料や正極材料など電
池の構成材料の多くが作動中のその体積を変化させるの
で、高分子電解質やゲル電解質の柔軟性や弾性的特性は
特に重要である。
【0011】従来、このような高分子電解質或いはゲル
電解質として、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレ
ンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタ
クリレート、ポリメチルアクリレート、ポリ酢酸ビニ
ル、或いはこれらの複合物等の高分子に、LiCl
4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3
SO3、Li(CF3SO22N、Li(CF3SO23
C、LiBPh4(Phはフェニル基を示す)といった
塩を溶解させた高分子電解質、更にエチレンカーボネイ
ト、プロピレンカーボネイトといった可塑剤を混合して
なるゲル電解質等が使用できる。表面保護材料としては
絶縁性が高く金属との接着性も優れたエポキシ樹脂、そ
の他線状リチウム2次電池を保護するためのゴムやその
混合或いは複合物、更にはアルミニウム等の金属なども
使用できる。
【0012】本発明のリチウム2次電池は隔壁材料が筒
状に負極材料或いは正極材料を包み込んだ形状で形成さ
せる。形成方法としては線状の芯材を作製し、次の基材
を塗布したのち硬化させ、これを繰り返す方法や、リボ
ン状の材料をあらかじめ作製しておき、その後に芯材に
巻き付けながら作製する方法、あるいはこれらの複合に
より製造する方法がある。集電体等の金属等を巻き付け
る方法としては極細線のワイヤーやリボン箔をあらかじ
め作製し、巻き付ける方法や、芯材に延伸法により重ね
る方法等がある。
【0013】筒状の形状としては、円形、楕円形、正方
形、長方形、多角形等各種の形状で作製することができ
るが扁平度が進むと隔壁材料の厚みに極端に薄いところ
ができ、短絡の原因ともなり、円形が好ましい。
【0014】作製された線状リチウム2次電池は更に折
り畳み、円筒状、立方体状、ドーナッツ状等に加工でき
る。特に銅線を中心芯材に用いる線状リチウム2次電池
は電線として使用することも可能である。最後に線の両
端あるいは片端にリード線を付与して、使用可能なリチ
ウム2次電池となる。
【0015】
【実施例】以下、実施例により更に本発明を詳細に説明
するが、本発明の趣旨を超えない限り、これらに限定さ
れるものではない。
【0016】実施例1 径が1mmの金属リチウム線にメトキシポリエトシキア
クリレートとポリエチレングリコールジアクリレートを
単量体として合成された高分子とLiFP6よりなる高
分子電解質を厚さ20μmとなるように塗布した。この
芯材上にコバルト酸リチウムよりなる正極材料を塗布
し、8μmのアルミニウム箔を巻き付けて、更に熱硬化
性エポキシ樹脂で外装し線状リチウム2次電池を作製し
た。得られた線状リチウム2次電池の内部抵抗は室温下
で6.8Ωcmであった。またこのリチウム2次電池は
折り曲げたりコイル状の巻くこともできた。
【0017】実施例2 径が2mmの銅線上にポリアセンよりなる負極材料20
0μmになるように塗布し、更にポリエチレンオキサイ
ドとアクリレート系ポリマーの複合物を含有し、プロピ
レンカーボネイト、エチレンカーボネイト、LiPF6
を混合し、ゲル化させながら30μmになるように塗布
した。この後コバルト酸リチウムよりなる正極材料を2
00μm塗布し、8μmのアルミニウム箔を巻き付け、
熱硬化性エポキシ樹脂で外装し、線状リチウム2次電池
を作製した。得られた線状リチウム2次電池の内部抵抗
を測定したところ6.2Ωcmであった。またこのリチ
ウム2次電池は折り曲げたりコイル状に巻くこともでき
るほか、4Vの直流電圧を伝達する配線としても利用で
きた。
【0018】比較例 実施例2と同様な材料を用いてシート状のリチウム2次
電池を作製した。この電池の負極材料の厚みは200μ
m、隔壁材料の厚みは30μm、正極材料の厚みは20
0μmであった。この電池の内部抵抗は8.1Ωcmで
あった。
【0019】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
内部抵抗が低く、また利用し易い、優れたリチウム2次
電池を得ることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも負極材料、隔壁材料、正極材
    料で構成されるリチウム2次電池において、隔壁材料が
    筒状に負極材料あるいは正極材料を包み込んでなる線状
    リチウム2次電池。
  2. 【請求項2】 銅線周上に負極材料、隔壁材料、正極材
    料の順に構成されたことを特徴とする線状リチウム2次
    電池。
  3. 【請求項3】 隔壁材料が高分子電解質あるいはゲル電
    解質であることを特徴とする請求項1或いは請求項2記
    載の線状リチウム2次電池。
JP10065251A 1998-03-16 1998-03-16 線状リチウム2次電池 Pending JPH11265730A (ja)

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