JPH11307131A - シート型リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電
池を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明のシート型リチウムイオン二次電
池は、炭素材料からなる負極及びリチウム遷移金属複合
酸化物からなる正極に非水電解液を染み込ませてなる発
電要素を外装シートで密封封止したシート型リチウムイ
オン二次電池において、上記発電要素と外装シートとの
間に吸着材として３〜２００μｍの細孔径の細孔を有す
る多孔性物質を有することによって、電池内部で発生し
たガスなどを吸着することができるため、シートの密着
性の低下を防ぐことができ、サイクル特性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサイクル特性に優れ
たシート型リチウムイオン二次電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】近年、
リチウムイオン二次電池は、携帯電話や電子端末機など
の電源として広く使用されつつあり、その形態としては
角型、円筒型、シート型などがある。上記リチウムイオ
ン二次電池は、近年放電容量やサイクル特性などの電池
としての性能の点から、炭素材料からなる負極と、リチ
ウム遷移金属複合酸化物からなる正極と、有機溶媒とリ
チウム塩とからなる非水電解液との組み合わせが一般的
である。

【０００３】ところで、リチウムイオン二次電池におい
ては充放電を繰り返すうちに電池内部で二酸化炭素や酸
素、水素などのガスが発生する場合がある。また、電池
製造時などに水が混入した場合には、水によって非水電
解液中のリチウム塩が分解されてガスを発生したり、ま
た水自体が電気分解してガスを発生することもある。

【０００４】これらガスは微量であり、角型電池や円筒
型電池の場合にはその構造から電池内部に元々デッドス
ペースを有するため問題ないが、シート型電池の場合に
はデッドスペースがほとんどないためガスによってシー
トが膨張することになり、その場合、シートの密着性の
低下から内部抵抗の上昇を引き起こしてサイクル特性に
劣るという問題が生じる。

【０００５】本発明は、上記課題を解消するためになさ
れたものであり、サイクル特性に優れたシート型リチウ
ムイオン二次電池を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭素材料から
なる負極及びリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極
に非水電解液を染み込ませてなる発電要素を外装シート
で密封封止したシート型リチウムイオン二次電池におい
て、上記発電要素と外装シートとの間に吸着材として３
〜２００μｍの細孔径の細孔を有する多孔性物質を有す
ることを特徴とするシート型リチウムイオン二次電池に
よって、上記課題を解決するものである。

【０００７】即ち本発明は、電池内部に混入した水、ま
た電池内部で発生した二酸化炭素や酸素、水素などのガ
スを吸着する吸着材をシート型リチウム二次電池の内部
に配することによって上記課題を解消し、サイクル特性
に優れたシート型リチウムイオン二次電池とするもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明のシート型リチウム
イオン二次電池について詳細に説明する。本発明におい
て、負極は炭素材料からなるものであれば特に制限はな
く、炭素材料としては各種天然や人造の炭素材料が適用
でき、例えば、ピッチコークスや石油コークスなどのコ
ークス、黒鉛、熱分解炭素、炭素繊維、活性炭などが挙
げられ、その形状もファイバ状、鱗片状、または球状な
ど適宜の形状であってよい。本発明においては、上記各
種炭素材料のなかでも高容量化及びサイクル特性の点か
ら特に、ファイバ状黒鉛が好適に用いられる。

【０００９】上記炭素材料は、例えば、ポリテトラフル
オロエチレンなどの結着剤と共に銅箔などの金属集電体
上に積層され、負極活物質層を形成する。負極活物質層
の形成方法は特に制限はなく、例えば、上記炭素材料と
結着剤とをＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分
散させてペースト状とし、該ペーストを金属集電体の両
面に均一の厚さに塗付し、乾燥させて溶剤を揮発させた
後、これをローラープレス機などで圧延するなどして活
物質層を形成することなどが挙げられる。

【００１０】また本発明において、正極はリチウム遷移
金属複合酸化物からなるものであれば特に制限はない。
リチウム遷移金属複合酸化物において、遷移金属として
は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれかが好ましく、具体例を
挙げると、例えば、リチウムコバルト複合酸化物として
はＬｉＣｏＯ₂ が挙げられ、また、ＬｉＣｏ_X Ｐ_1-XＯ
₂ やＬｉＣｏ_X Ａｌ_1-X Ｏ₂ 、ＬｉＣｏ_X Ｍｎ
_1-X Ｏ₂ 、ＬｉＣｏ_X Ｎｉ_1-XＯ₂ （０＜Ｘ＜１）など
のＣｏの一部を他の元素と置換したものなどが挙げられ
る。また、リチウムマンガン複合酸化物としてはＬｉＭ
ｎＯ₂ やＬｉＭｎ_X Ｐ_{1- X} Ｏ₂ （０＜Ｘ＜１）などのＭ
ｎの一部を他の元素（Ａｌ、Ｐ、Ｎｉ、Ｃｏなど）と置
換したものなどが挙げられる。また、リチウムニッケル
複合酸化物としても同様に、ＬｉＮｉＯ₂ 、ＬｉＮｉ_X
Ｐ_1-X Ｏ₂ （０＜Ｘ＜１）などのＭｎの一部を他の元素
（Ａｌ、Ｐ、Ｍｎ、Ｃｏなど）と置換したものなどが挙
げられる。

【００１１】上記のリチウム遷移金属複合酸化物は、例
えば、ポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤、カー
ボンブラックなどの導電剤と共にアルミ箔などの金属集
電体上に積層され、正極活物質層を形成する。正極活物
質層の形成方法は特に制限はなく、例えば、上記ＬｉＭ
Ｏ系（Ｍは遷移金属）複合酸化物、結着剤、及び導電剤
をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させて
ペースト状とし、該ペーストを金属集電体の両面に均一
の厚さに塗付し、乾燥させて溶剤を揮発させた後、これ
をローラープレス機などで圧延するなどして活物質層を
形成することなどが挙げられる。

【００１２】また、本発明に用いられる非水電解液とし
ては、通常用いられるものであれば特に制限はない。リ
チウム二次電池の非水電解液は、高誘電率溶媒と低粘度
溶媒とを混合した混合溶媒からなる有機溶媒とリチウム
塩とからなるのが一般的であり、本発明においては、高
誘電率溶媒であるエチレンカーボネイト、プロピレンカ
ーボネイト、ジメチルスルホキシド、γ−ブチルラクト
ンなどと、低粘度溶媒であるジメチルカーボネイト、ジ
エチルカーボネイト、エチルメチルカーボネイト、ジオ
キソラン、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエ
タンなどとを適宜組み合わせて混合溶媒とし、該混合溶
媒にＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＢＦ₄ などのリチウム塩を配合し
て非水電解液とすればよい。なかでも、本発明において
は、放電容量及びレート特性の点から特に、エチレンカ
ーボネイト、エチルメチルカーボネイト、ジメチルカー
ボネイトからなる混合溶媒とＬｉＰＦ₆ またはＬｉＢＦ
₄のリチウム塩とからなる非水電解液が好ましい。

【００１３】またリチウムイオン二次電池には、通常、
上記負極、正極、非水電解液に加えてセパレータが用い
られるが、本発明においてセパレータは通常用いられる
ものであれば特に制限はなく、例えば、ポリプロピレン
層、ポリエチレン層、ポリプロピレン層の順に３層に積
層されてなる３層セパレータ、ポリエチレン単層セパレ
ータ、ポリプリロピレン単層セパレータなどが挙げら
れ、安全性の点から特に、３層セパレータが好適に用い
られる。

【００１４】本発明のシート型リチウムイオン二次電池
においては、上記負極、正極、及びその間に配されたセ
パレータに非水電解液を染み込ませた発電要素が外装シ
ートで密封封止されており、外装シートは通常用いられ
るものであれば特に制限はなく、例えばアルミなどの金
属箔の両面にポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂ラミネ
ート層を有する複合シートなどが挙げられ、この複合シ
ートにおいては熱可塑性樹脂ラミネート層にて内容物を
熱融着封止する。

【００１５】本発明のシート型リチウムイオン二次電池
においては、上記発電要素が外装シートで密封封止され
た電池内部にさらに吸着材を有することを特徴としてい
る。吸着材としては３〜２００μｍの細孔径の細孔を有
する多孔性物質が用いられ、該多孔質物質を例示する
と、多孔質ガラス、シリカゲル、活性アルミナ、活性
炭、活性白土、ゼオライトなどが挙げられる。また、本
発明において多孔性物質は吸着効果の点から特にＢＥＴ
法にて測定した表面積が５〜１５００ｍ² ／ｇ程度であ
ることが好ましい。

【００１６】本発明においては上記吸着材は、水、二酸
化炭素、酸素、水素の少なくとも１種を吸着することが
できるものであればよく、例えばゼオライト等のように
上記の水等全てを吸着することができる吸着材であれば
ゼオライトのみを用いることが好ましく、また、例えば
シリカゲルや活性炭など上記水等の一部を吸着すること
ができる吸着材であれば２種以上を併用することが好ま
しく、さらに併用の場合においては、極性分子を吸着す
ることができる吸着材と非極性分子を吸着することがで
きる吸着材とを併用することが好ましい。なかでも本発
明においては、吸着対象の多さという点から特にゼオラ
イトを吸着材として用いることが好ましい。

【００１７】また本発明において上記吸着材は発電要素
と外装シートとの間に配されており、具体的には例え
ば、外装シートの内面、外装シートの融着部近傍、端子
と外装シートとの間などに配されることが挙げられる。
なかでも発電要素への影響抑制などの点から特に外装シ
ートの内面に配されることが好ましい。吸着材を外装シ
ートの内面に配する方法としては、外装シートの内面に
吸着材を配し該吸着材を不織布などでカバーすることな
どが挙げられる。また、吸着材の量は電解液注入量など
によって適宜設定すればよく、例えば電解液注入量１ｇ
あたり吸着材を０．０５〜０．７ｇ程度用いればよい。

【００１８】

【実施例】（実施例１）黒鉛ファイバからなる負極、Ｌ
ｉＣｏＯ₂ からなる正極、その間に配されたポリプロピ
レン層、ポリエチレン層、ポリプロピレン層の順に３層
に積層されてなる３層セパレータ、これら負極、正極、
及びセパレータに、エチレンカーボネイト、エチルメチ
ルカーボネイト、ジメチルカーボネイトが１：２：１の
割合の混合溶媒にＬｉＰＦ₆ を溶解した非水電解液を染
み込ませた発電要素を、アルミ金属箔の両面にポリプロ
ピレンラミネート層を有する複合シートで熱融着封止し
シート型リチウムイオン二次電池を作製した。なお、用
いた非水電解液の量は５ｇであり、上記複合シートの電
池内部側となる面には吸着材としてゼオライト（細孔径
４μｍ）を１ｇ配した。

【００１９】（実施例２）吸着材としてシリカゲル（細
孔径１００μｍ）を０．５ｇ、活性炭（細孔径２０μ
ｍ）を０．５ｇ配した以外は実施例１と同様である。

【００２０】（比較例１）吸着材を用いなかった以外は
実施例１と同様である。

【００２１】上記のシート型リチウムイオン二次電池を
用いて、サイクル特性の評価を行なった。なお評価方法
及び評価結果は以下の通りである。 （評価方法及び評価結果）上記のシート型リチウムイオ
ン二次電池を用い、充電電流２５０ｍＡで電圧４．２Ｖ
まで５時間で充電させて満充電状態とし、その後、放電
電流２５０ｍＡで３．０Ｖまで放電させて放電容量を測
定した。この充電−放電のサイクルを１００回繰り返
し、１００回目の放電容量を第１回目の放電容量を１０
０として比較したところ、実施例１の電池については９
２、実施例２の電池については９０、比較例１の電池に
ついては８０であった。

【００２２】

【発明の効果】本発明のシート型リチウムイオン二次電
池は、炭素材料からなる負極及びリチウム遷移金属複合
酸化物からなる正極に非水電解液を染み込ませてなる発
電要素を外装シートで密封封止したシート型リチウムイ
オン二次電池において、上記発電要素と外装シートとの
間に吸着材として３〜２００μｍの細孔径の細孔を有す
る多孔性物質を有することによって、電池内部で発生し
たガスなどを吸着することができるため、シート型リチ
ウムイオン二次電池は密着性に優れ、サイクル特性に優
れる。また、多孔性物質の表面積が５〜１５００ｍ² ／
ｇであることによって、さらにサイクル特性に優れる。
また、吸着材は、水、二酸化炭素、酸素、水素の少なく
とも１種を吸着することができることによって、さらに
サイクル特性に優れる。また、吸着材はシート型リチウ
ムイオン二次電池の外装シートの内面に配されているこ
とによって、発電要素への影響を抑制することができ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素材料からなる負極及びリチウム遷移
   金属複合酸化物からなる正極に非水電解液を染み込ませ
   てなる発電要素を外装シートで密封封止したシート型リ
   チウムイオン二次電池において、上記発電要素と外装シ
   ートとの間に吸着材として３〜２００μｍの細孔径の細
   孔を有する多孔性物質を有することを特徴とするシート
   型リチウムイオン二次電池。
2. 【請求項２】 多孔性物質の表面積が５〜１５００ｍ²
   ／ｇである請求項１記載のシート型リチウムイオン二次
   電池。
3. 【請求項３】 吸着材は、水、二酸化炭素、酸素、水素
   の少なくとも１種を吸着することができる請求項１また
   は請求項２に記載のシート型リチウムイオン二次電池。
4. 【請求項４】 吸着材はシート型リチウムイオン二次電
   池の外装シートの内面に配されている請求項１〜３いず
   れかに記載のシート型リチウムイオン二次電池。