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JP2679447B2 - 非水電解質二次電池用負極 - Google Patents

非水電解質二次電池用負極

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Publication number
JP2679447B2
JP2679447B2 JP3137414A JP13741491A JP2679447B2 JP 2679447 B2 JP2679447 B2 JP 2679447B2 JP 3137414 A JP3137414 A JP 3137414A JP 13741491 A JP13741491 A JP 13741491A JP 2679447 B2 JP2679447 B2 JP 2679447B2
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JP
Japan
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negative electrode
resin
vinyl chloride
binder
battery
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JP3137414A
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正樹 長谷川
祐之 村井
修二 伊藤
靖彦 美藤
▲よし▼徳 豊口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • 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

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、最近開発が盛んに行わ
れている非水電解質二次電池用負極に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウムを負極とする非水電解質二次電
池は、高電圧で高エネルギー密度が期待され、多くの研
究が行われている。
【0003】非水電解質二次電池の正極活物質として
は、LiCoO2,V25,Cr25,MnO2,TiS
2,MoS2などの遷移金属の酸化物およびカルコゲン化
合物が知られている。これらは層状もしくはトンネル構
造の結晶で、充電および放電によりリチウムイオンがこ
れら結晶に出入りできる構造である。一方、負極活物質
としては金属リチウムが多く検討されてきた。しかしな
がら充電時にリチウム表面に樹枝状結晶のリチウムが析
出し易く、充放電効率の低下もしくは正極と接して内部
短絡を生じるという問題点を有していた。このような問
題を解決する手段として、リチウムの樹枝状結晶の生成
を抑制するため、リチウムを吸蔵,放出することができ
るアルミニウムやアルミニウム合金などの単体金属およ
びその合金の板もしくは粉末を負極活物質保持体に用い
る検討がなされてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらアルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金などのリチウムを吸蔵、
放出することのできる単体金属およびその合金の板を負
極活物質保持体として用いた場合、深い充放電を繰り返
すと活物質保持体の微細化が起こって負極が崩れてしま
い充分な充放電サイクル特性が得られなかった。また、
前記単体金属およびその合金の粉末を負極活物質保持体
として用いるに当たり、結着剤を添加し負極を形成する
方法も検討されている。当初正極で頻繁に使用されてい
るフッ素樹脂が検討されたが、電解液の分解を促進した
りリチウムと反応してしまう問題があった。このため負
極用結着剤としてはポリエチレンなどのポリオレフィン
系の合成樹脂が用いられていた。しかしながらこの場合
においてもリチウムの吸蔵、放出に伴う負極の膨張、収
縮により、活物質の保持性や導電性の不良が生じ充分な
充放電サイクル特性が得られないという欠点を有してい
た。そこで、より結着力の強い塩化ビニル樹脂を用いる
ことが検討されたが、塩化ビニル樹脂だけでは、金属製
の芯材等からなる集電体に対する接着力がまだ不十分
ため、集電体上に結着剤として塩化ビニル樹脂を含むペ
ースト状の負極合剤を塗布してシート状の電極を形成さ
せた場合、負極合剤層が集電体から剥離して導電性不良
を起こし易い。本発明はこのような問題を解決し、充放
電サイクル特性が優れた非水電解質二次電池用負極を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、リチウムを吸蔵、放出することのできる
金属粉末、炭素材料、金属硫化物または金属酸化物から
なる活物質保持体、および結着剤を含有する負極合剤
と、前記負極合剤を保持する集電体を具備する非水電解
質二次電池の負極において、前記結着剤として、塩化ビ
ニル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル樹脂およびブ
チラール樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種と
塩化ビニル樹脂との混合物を用いるものである。
【0006】
【作用】リチウムを吸蔵、放出することのできる単体の
金属およびその合金粉末、炭素材料、金属酸化物または
金属硫化物からなる活物質保持体、および結着剤を含有
する負極合剤において、前記結着剤に結着力の強い合成
樹脂を用いる、充放電を繰り返しても負極合剤中の導
電性が充分保持され、従来のような比較的少ない充放電
サイクル数で放電容量が低下することがなくなる。その
結果、この負極合剤を具備する非水電解質二次電池用負
極は、安定した電池特性を有することが可能となる。と
ころが、結着力の強い樹脂として塩化ビニル樹脂のみ
用いた場合、頑丈な負極合剤構造を形成することはでき
が、この負極合剤は、集電体との接着性が不十分であ
り、集電体上にこの負極合剤ペーストを塗布しシート状
電極を形成した場合、集電体と負極合剤層間で剥離が生
じ、導電性が不十分となる。そこで、負極合剤に、塩化
ビニル樹脂とともに、金属板などに対して優れた接着性
を有する塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニ
ル樹脂またはブチラール樹脂を添加することにより、
極合剤層と集電体との接着性を向上させると、充分な導
電性を得ることが可能となり、従来みられたような比較
的少ない充放電サイクル数で放電容量が低下することが
なくなり、安定した電池特性をする非水電解質二次電
池用負極を提供することができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明について実施例により詳細に説
明するがこれら実施例に限定されるものではない。
【0008】(実施例1)本実施例においては、リチウ
ムを吸蔵,放出することのできるアルミニウム粉末を負
極活物質保持体に、結着剤として塩化ビニル樹脂単独お
よび塩化ビニル樹脂に、それぞれ塩化ビニルの含有率が
60モル%の塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂(以
下、塩ビ−酢ビと略記)を50%添加したもの、および
酢酸ビニル樹脂20%を添加したもの、またブチラール
樹脂を20%添加したものを用いた負極で構成され電池
について説明する。また従来例として結着剤にポリエチ
レンを用いたものも比較して示す。
【0009】負極は、300メッシュ通過した活物質保
持体のアルミニウム粉末と導電剤としてのアセチレンブ
ラックと予め溶剤で溶解した前記結着剤とを重量比で7
0:20:10ならびに70:25:5の割合で練合し
て得られた負極合剤ペーストを、厚さ0.02mmの銅基
板上に塗布した。乾燥後、2トン/cm2でプレスし厚さ
0.08mmとし、これを直径17.5mmの円盤状に打ち
抜き負極とした。正極は活物質のLiCoO2と導電剤
であるアセチレンブラックと結着剤であるポリ4フッ化
エチレン樹脂を重量比で7:2:1の割合で混合し、得
られた正極合剤0.1gを、直径17.5mmに2トン/
cm2でプレス成型して作製した。試作した電池の断面図
を図1を示す。図1において、成型した正極1をケース
2におき、正極1の上にさらにセパレータの微孔性ポリ
プロピレンフィルム3を置いた。負極4を、ポリプロピ
レン製ガスケット5を外周に嵌着した封口板6の内面中
央部に圧着した。非水電解質として、1モル/1の過塩
素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液を用い、こ
れをセパレータ上および負極上に滴加した。その後封口
して電池を完成させた。
【0010】なお従来例の負極結着剤にポリエチレンを
用いた電池も本実施例と同様の方法で作製した。
【0011】ただし、塩化ビニル樹脂単独を結着剤とし
て用いた場合には、負極合剤が銅基板から剥離してしま
い電池を作製することができなかった。
【0012】以上、塩化ビニル樹脂単独を結着剤として
用いた場合を除く、8種類の電池の充放電サイクル特性
の比較を行った。なお本実施例では、負極の完全充放電
によるサイクル試験を行うため、充放電サイクルによる
電池容量が正極で劣化しないように充分大きい正極容量
をもつ条件で電池を構成している。充放電サイクル試験
は、20℃で充放電とも0.5mA定電流で4.0Vま
で充電したのち3.0Vまで放電することを繰り返し
た。
【0013】(表1)に初期放電容量ならびに初期放電
容量に対する50サイクル目の放電容量の容量維持率を
示す。
【0014】
【表1】
【0015】(表1)に示されるように、結着剤にポリ
エチレン5重量%および10重量%を含む負極を用いた
従来例の電池は、初期それぞれ3.7mAhおよび3.
6mAhの放電容量を示すが、充放電サイクルとともに
容量が低下し50サイクル目の放電容量維持率が40%
程度まで低下する。一方負極結着剤に塩化ビニル樹脂と
塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル樹脂ま
たはブチラール樹脂との混合物を用いた本実施例の電池
はいずれも初期放電容量が従来例の電池と同等もしくは
それ以上を示し、また50サイクル目の放電容量維持率
も70%以上と充放電サイクル特性が向上している。二
次電池においては、放電容量ならびに容量維持率が大き
い電池が望まれることから、本発明の結着剤は負極合剤
に適用して優れた特性を発揮できるといえる。
【0016】以上のように、アルミニウム粉末を負極活
物質保持体に用いる非水電解質二次電池において、負極
結着剤に塩化ビニル樹脂と塩化ビニル−酢酸ビニル共重
合樹脂、酢酸ビニル樹脂またはブチラール樹脂との混合
物を用いることにより、充放電サイクル特性に優れた
水電解質二次電池が作製できることを確認した。
【0017】なお実施例では、活物質保持体用金属粉末
としてアルミニウム,導電剤としてアセチレンブラック
の組み合わせで説明したが、同様にリチウムを吸蔵,放
出しリチウムと合金を形成することのできるスズ,鉛,
インジウム,ビスマス、及びこれらを主成分とする合金
やアルミニウム合金粉末と、導電剤として黒鉛,カーボ
ンブラックのいずれの組合せにおいても、ほぼ同様の効
果が得られることを付記する。 (実施例2)本実施例においては、リチウムを吸蔵,放
出することのできる炭素材料を負極活物質保持体に、結
着剤に塩化ビニル樹脂単独および塩化ビニル樹脂にそれ
ぞれ塩化ビニルの含有率が60モル%の塩化ビニル−酢
酸ビニル共重合樹脂(塩ビ−酢ビ)を50%添加したも
の、酢酸ビニル樹脂20%を添加したもの、およびブチ
ラール樹脂を20%添加したものを用いた負極で構成し
た電池について説明する。また従来例として結着剤にポ
リエチレンを用いたものも示す。
【0018】負極は、炭素材料と予め溶剤で溶解した前
記結着剤を重量比で90:10ならびに95:5の割合
で混合し、得られた負極合剤ペーストを、厚さ0.02
mmの銅基板上に塗布した。乾燥後、2トン/cm2でプレ
スし厚さ0.17mmとし、これを直径17.5mmの円盤
状に打ち抜き負極とした。正極は活物質にLiCoO 2
を用い、実施例1と同様の条件で作製した。電池の試作
も、実施例1と同様の条件で行った。
【0019】なお従来例である負極結着剤にポリエチレ
ンを用いた電池も本実施例と同様の方法で作製した。
【0020】ただし、塩化ビニル樹脂単独を結着剤とい
て用いた場合には、負極合剤が銅基板から剥離してしま
い電池を作製することができなかった。
【0021】以上、塩化ビニル樹脂単独を結着剤として
用いた場合を除く、8種類の電池の充放電サイクル特性
の比較を行った。なお本実施例では、実施例1同様、負
極の完全充放電によるサイクル試験を行うため、充放電
サイクルにより電池容量が正極で劣化しないように、充
分大きい正極容量をもつ条件で電池を構成している。充
放電サイクル試験は、20℃で充放電とも0.5mA定
電流で、4.1Vまで充電し、3.0Vまで放電するこ
とを繰り返した。
【0022】(表2)に初期放電容量ならびに初期放電
容量に対する50サイクル目の放電容量の容量維持率を
示す。
【0023】
【表2】
【0024】(表2)に示されるように、結着剤にポリ
エチレン5重量%および10重量%を含む負極を用いた
従来例の電池は、初期それぞれ3.2mAhおよび3.
1mAhの放電容量を示すが、充放電サイクルとともに
容量が低下し50サイクル目の放電容量維持率が40%
前後まで低下する。一方負極結着剤に塩化ビニル樹脂と
塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル樹脂ま
たはブチラール樹脂との混合物を用いた本実施例の電池
はいずれも初期放電容量が従来例の電池と同等もしくは
それ以上を示し、また50サイクル目の放電容量維持率
も70%以上と充放電サイクル特性が向上している。本
発明の結着剤は負極合剤に適用して優れた特性を発揮す
るものといえる。
【0025】以上のように、炭素材料を負極活物質保持
体に用いる非水電解質二次電池において、負極結着剤に
塩化ビニル樹脂と塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、
酢酸ビニル樹脂またはブチラール樹脂との混合物を用い
ることにより、充放電サイクル特性に優れた非水電解質
二次電池作製できることを確認した。
【0026】なお本実施例では、負極活物質保持体とし
てリチウムを吸蔵,放出することのできる炭素材料につ
いて説明したが、負極活物質保持体として期待されるF
23や、WO2やTiS2などの金属の酸化物や硫化物
についても、ほぼ同様の効果が得られることはいうまで
もない。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、負極合
剤中の結着剤として、結着力の優れた塩化ビニル樹脂
と、金属板などに対して優れた接着性を有する塩化ビニ
ル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル樹脂またはブチ
ラール樹脂の混合物を用いるので、負極合剤層と集電体
との接着性を向上させることができ、優れた充放電サイ
クル特性を有する非水電解質二次電池用シート状負極を
容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の電池の縦断面図
【符号の説明】
1 正極 2 ケース 3 セパレータ 4 負極 5 ガスケット 6 封口板 7 銅基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 美藤 靖彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲よし▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを吸蔵、放出することのできる
    金属粉末、炭素材料、金属硫化物または金属酸化物から
    なる活物質保持体、および結着剤を含有する負極合剤
    と、前記負極合剤を保持する集電体を具備し、前記結着
    剤が、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、酢酸ビニル
    樹脂およびブチラール樹脂からなる群より選ばれた少な
    くとも一種と塩化ビニル樹脂との混合物であることを特
    徴とする非水電解質二次電池用負極。
JP3137414A 1991-01-30 1991-06-10 非水電解質二次電池用負極 Expired - Fee Related JP2679447B2 (ja)

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