JPH07142089A

JPH07142089A - リチウムイオン電池

Info

Publication number: JPH07142089A
Application number: JP5288193A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Moriwaki; 和郎森脇; Keisaku Nakanishi; 圭作中西
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】リチウムイオン電池の保存時や充放電時にお
いて、巻止用粘着テープ及びリード板用の絶縁用粘着テ
ープによって起きていた正負極や電解液の不活性化を防
止し、保存特性やサイクル特性の優れたリチウムイオン
電池を提供することを目的とする。【構成】リチウムの吸蔵−放出が可能な炭素及び黒鉛
を負極材料とする負極板６と、正極板５とを、渦巻状に
巻いた渦巻状電極巻取体１０を有するリチウムイオン電
池であって、渦巻状電極巻取体１０を巻き止めする巻止
用粘着テープ１として、ポリプロピレンを基材とするテ
ープを用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リチウムの吸蔵−放出
が可能な炭素及び黒鉛を負極材料とするリチウムイオン
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、コードレス化
が進んでおり、これらの電源として、高エネルギー密度
を特徴とする二次電池であるリチウムイオン電池に対す
る期待が高まっている。リチウムイオン電池の充放電に
伴って、負極においては、リチウムの析出と放出を伴う
電気化学的反応が繰り返されており、リチウムを吸蔵−
放出することが可能な炭素あるいは黒鉛等が、負極活物
質として使用されている。一方、正極においては、リチ
ウムイオンとの可逆的な電気化学的反応が繰り返して行
われており、正極活物質の選択によって電池の電圧が決
まる。４Ｖ系の正極活物質としては、ＬiＣoＯ₂、ＬiＮ
ixＣo_(1-x₎Ｏ₂（ｘ≦１）、ＬiＭn₂Ｏ₄等が使用されて
いる。

【０００３】また、リチウムは水と激しく反応するの
で、電解液としては非水系電解液が使用される。そのた
め、電池の単位電極面積当りの充放電の電流密度が制限
を受けるという関係上、電極面積を大きくとるために、
負極板と、正極板とを、渦巻状に巻いた渦巻状電極巻取
体を有するリチウムイオン電池が開発されている。この
渦巻状電極巻取体を組み立てるときには、電極を渦巻状
に巻いた後、電極巻止用粘着テープで電極の端を止める
ことによって巻取体を巻き止めている。また、電極を電
池の端子に接続するために各電極板から出ているリード
板には、電池内でのショートを防ぐために絶縁用粘着テ
ープを貼付けて絶縁を行っている。これらの巻止用粘着
テープや絶縁用粘着テープとしては、従来、非水系リチ
ウム−二酸化マンガン一次電池において使われていたポ
リエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）を基
材とするテープが使用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ムイオン電池に、ＰＥＴ基材の巻止用粘着テープ及び絶
縁用粘着テープを用いると、電池の保存時や充放電時に
ＰＥＴが溶解し、保存特性やサイクル特性に悪影響を与
えるという問題が生じていた。その原因としては、リチ
ウムイオン電池の電池保存時や充放電サイクル時に、Ｐ
ＥＴ基材が電解液と反応することによる電解液の不活性
化、また、溶解したＰＥＴが、電極に析出することによ
って起こる電極の劣化、あるいは、充電によって負極表
面に生成したＣ₆Ｌiと溶解したＰＥＴが反応することに
よる負極の劣化等が考えられる。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みて、リチウムイオ
ン電池の保存時や充放電時において、巻止用粘着テープ
及びリード板用の絶縁用粘着テープによって起きていた
正負極や電解液の不活性化を防止し、保存特性やサイク
ル特性の優れたリチウムイオン電池を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、請求項１記載のリチウムイオン電池は、リチ
ウムの吸蔵−放出が可能な黒鉛を負極材料を有する負極
板と、正極板とを、渦巻状に巻いた渦巻状電極巻取体を
有するリチウムイオン電池であって、渦巻状電極巻取体
を巻き止めする巻止用粘着テープとして、ポリプロピレ
ン（以下ＰＰと称する）を基材とするテープを用いるこ
とを特徴としている。

【０００７】また、請求項２記載のリチウムイオン電池
は、請求項１記載のリチウムイオン電池に対して、負極
板及び正極板と、各電池端子とを内部接続する金属リー
ド板を絶縁する絶縁用粘着テープとして、ポリフェニレ
ンサルファイド（以下ＰＰＳと称する）を基材とするテ
ープを用いることを特徴としている。

【０００８】

【作用】電極巻取体の巻止用粘着テープは、常に電解液
と接触する状態に置かれる。ＰＰ基材は、電池の保存あ
るいは充放電時に、電解液と接触した状態に置かれてい
ても溶解しにくい。従って、電極巻取体の巻止用粘着テ
ープとして、ＰＰ基材のテープを用いると、負極、正
極、電解液の劣化を引き起こしにくい。

【０００９】一方、負極板及び正極板と、各電池端子と
を内部接続する金属リード板を絶縁する絶縁用粘着テー
プとしては、上記と同様の電解液に対する不溶解性と共
に、耐熱性を必要とする。絶縁用粘着テープは、電解液
と接触すると共に、金属リード板に流れる電流によっ
て、熱を受ける可能性もあるからである。従って、ＰＰ
基材のテープは、絶縁用粘着テープとしては適さない。
例えば、ＵＬ−１６４２による加熱試験で、電池を１５
０℃まで加熱すると、ＰＰ基材が収縮して内部短絡する
危険がある。

【００１０】これに対して、ＰＰＳは、ＰＰと同様に電
池の保存あるいは充放電時に、電解液と接触した状態に
置かれていても溶解しにくいという性質を持っている上
に、耐熱性に優れているので、絶縁材料として適してい
る。ＰＰＳの耐熱性については、ＪＩＳ−Ｃ−４００３
による絶縁の種類がＦ種であって、耐熱温度が１５５
℃、融点は２８７℃である。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を、図面に基づき詳述
する。（実施例１）図１は、本発明の一実施例に係わるリチウ
ムイオン電池の断面図である。図に示すように、リチウ
ムイオン電池２０は、上部が開口している円筒形の金属
外装缶１３の中に、正極板５と負極板６とが微多孔性の
セパレータ７を介して渦巻状に巻かれた電極巻取体１０
と、電極巻取体１０の上面及び下面を覆う円形の上部絶
縁板１１及び底部絶縁板１２が収納され、電解液（不図
示）が入れられており、金属外装缶１３の上部開口部
は、金属板からなる安全装置付封口体１４によって、絶
縁パッキング１５を介して塞がれている。尚、このリチ
ウムイオン電池２０の寸法は、直径１４ｍｍ、高さ５０
ｍｍであり、放電容量５００ｍＡｈとして設計されてお
り、金属外装缶１３が負極端子、安全装置付封口体１４
が正極端子となっている。

【００１２】図２は、電極巻取体１０を示す斜視図であ
り、図３は、巻取り前の平板状の正極板５と負極板６を
示す図である。電極巻取体１０は、金属外装缶１３の内
部のほぼ全体を占める円筒形状の電極体である。この電
極巻取体１０は、図３（ａ）に示す長方形状の正極板５
が、セパレータ７を介して、図３（ｂ）に示すような正
極板５と高さは同じで横が長い長方形状の負極板６の上
に積層され、正極板５を内側にして渦巻状に巻き取られ
てなるものである。そして、図２に示すように負極板６
の外側の端には、ＰＰを基材とする巻止用粘着テープ１
が貼付けられることによって、渦巻状の電極巻取体１０
が巻き止められている。

【００１３】正極板５は、厚み２０μｍのアルミ箔の両
面に、活物質のＬiＣoＯ₂に対して５重量％の導電剤
（カーボン・黒鉛など）と５重量％のポリフッ化ビニリ
デンを含む電極材料が塗布されているものであって、図
２及び図３（ａ）に示すように、正極板５の渦巻の中心
側の端には、上方に突出するアルミニウムリボン（幅３
ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ４５ｍｍ）からなる正極リ
ード板３がカシメ圧着されている。また、図１に示すよ
うに、正極リード板３は、上部絶縁板１１の孔を突き抜
けてその先端部が安全装置付封口体１４の下面に溶接さ
れており、正極リード板３の溶接部以外には、ＰＰＳを
基材とする絶縁用粘着テープ２ａが両面から貼付けられ
ている。

【００１４】負極板６は、厚み１０μｍのアルミ箔の両
面に、活物質である天然黒鉛に対して５重量％のポリフ
ッ化ビニリデンを含む電極材料が塗布されているもので
あって、図２及び図３（ｂ）に示すように、負極板６の
渦巻の外側の端には、下方に突出するニッケルリボン
（幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ４５ｍｍ）からなる
負極リード板４がカシメ圧着されている。また、図１に
示すように、負極リード板４は、底部絶縁板１２の外周
の外側を通って底部絶縁板１２の下方へ延び、その先端
部が金属外装缶１３の底面内面に溶接されており、正極
リード板３の溶接部以外には、ＰＰＳを基材とする絶縁
用粘着テープ２ｂが両面から貼付けられている。

【００１５】電解液は、エチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の１：１混合溶
媒に、支持電解質であるＬiＰＦ₆を１mol／ｌ溶解した
ものを使用した。リチウムイオン電池２０の構成は以上
であるが、その製法は次の通りである。正極板５の製法：まずＬiＣoＯ₂に対して５重量％の導
電剤と、ポリフッ化ビニリデンが５重量％となるように
ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピロリドン溶液を加
え、混練する。この混練合剤を上記アルミ箔の両面に塗
工し、乾燥、圧縮し、規定寸法に切断した後、正極リー
ド板３をアルミ箔にカシメ圧着して、正極板５を作製す
る。

【００１６】負極板６の製法：同様にして、まず天然黒
鉛に対してポリフッ化ビニリデンが５重量％となるよう
に、ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピロリドン溶液
を加え、混練する。この混練合剤を上記銅箔の両面に塗
工し、乾燥、圧縮し、規定寸法に切断した後、負極リー
ド板４をカシメ圧着して、負極板６を作製する。電極巻
取体１０の製法：正極板５と負極板６をセパレータ７を
介して巻き取り、巻止用粘着テープ１と絶縁用粘着テー
プ２ａ及び絶縁用粘着テープ２ｂを所定の位置に貼付
け、電極巻取体１０を作製する。

【００１７】リチウムイオン電池２０の製法：金属外装
缶１３に底部絶縁板１２と電極巻取体１０とを装着す
る。次いで、負極リード板４を金属外装缶１３に溶接し
た後、上部絶縁板１１を装着し金属外装缶１３を溝入れ
する。次いで、正極リード板３を、上部絶縁板１１の孔
を貫通して安全装置付封口体１４に溶接する。金属外装
缶１３に電解液を注入した後、金属外装缶１３の開口部
は、絶縁パッキング１５を介して安全装置付封口体１４
で覆い、圧着によって封口する。

【００１８】（実施例２）リチウムイオン電池２１・２
２・２３・２４は、実施例１のリチウムイオン電池２０
において、ＰＰＳを基材とする絶縁用粘着テープ２ａ及
び絶縁用粘着テープ２ｂの代わりに、ＰＰ・ＰＥＴ・ポ
リパラフェニレンテレフタルアミド（以下ＰＰＴＡと称
する）・ポリイミドを基材とする絶縁用粘着テープをそ
れぞれ用いる以外は、リチウムイオン電池２０と同様の
構成である。

【００１９】（比較例１）リチウムイオン電池３１・３
２・３３・３４は、実施例１のリチウムイオン電池２０
において、ＰＰを基材とする巻止用粘着テープ１の代わ
りに、ＰＥＴ・ＰＰＳ・ＰＰＴＡ・ポリイミドを基材と
する絶縁用粘着テープをそれぞれ用いる以外は、リチウ
ムイオン電池２０と同様の構成である。

【００２０】（実験１）保存特性の比較テスト実施例１のリチウムイオン電池２０、及び実施例２のリ
チウムイオン電池２１・２２・２３・２４、及び比較例
１のリチウムイオン電池３１・３２・３３・３４につい
て保存特性のテスト及びサイクル特性の比較テストを行
った。保存特性のテスト条件は、充電条件１Ｃ（５００
ｍＡ）定電流で４．２Ｖまで充電した後、４．２Ｖ定電
圧充電を２時間行い、その後、６０℃で２０日保存した
（室温１年保存に相当）。

【００２１】この時の保存中の自己放電率を測定した。
また、保存特性テスト後に放電容量を測定して、保存特
性テスト前の初期の放電容量と比較し、テープの溶解の
有無も調べた。放電容量測定の条件は、放電条件１Ｃ
（５００ｍＡ）定電流で２．７５Ｖになるまで放電し、
そのときの放電容量を測定した。

【００２２】（実験２）サイクル特性の比較テストサイクル特性テスト条件は、充電条件１Ｃ（５００ｍ
Ａ）定電流で充電した後、４．２Ｖ定電圧充電を２時間
行った。１０分間休止した後、放電条件１Ｃ（５００ｍ
Ａ）定電流で２．７５Ｖになるまで放電し、そのときの
放電容量を測定そた。そして、１０分間休止した。

【００２３】このように充電−休止−放電−休止を繰り
返し行いながら、放電容量の変化を追跡した。実施例１
のリチウムイオン電池２０及び比較例１のリチウムイオ
ン電池３１〜３４について、実験１及び実験２の自己放
電率、保存特性及びサイクル特性の比較テストの結果を
表１に示す。なお、表１において、価格は、ＰＰを１と
した単位面積当りの価格を表し、保存後の容量％は、初
期の放電容量に対する保存後の放電容量％を表し、５０
０サイクル後の容量％は、初期の放電容量に対する５０
０サイクル後の放電容量％を表したものである。また、
テープ溶解の有無は、保存後のテープ溶解の有無を肉眼
で判定した結果であり、５００サイクル後のテープ溶解
の有無もこれと同様の結果であった。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示されるように、ＰＥＴ基材の巻止
用粘着テープの場合は、テープの溶解が有り、電池の保
存特性、サイクル特性が劣っているのに対して、ＰＰ基
材の巻止用粘着テープを使用した場合は、テープが溶解
せず、電池の保存特性、サイクル特性も優れていること
がわかる。ＰＰＴＡ基材の巻止用粘着テープの場合は、
テープが若干溶解し、電解液の変色が見られた。また、
ＰＰ基材の巻止用粘着テープと比べて、保存特性とサイ
クル特性が劣っている。ＰＰＳ及びポリイミド基材の巻
止用粘着テープの場合は、テープが溶解せず、ＰＰ基材
の巻止用粘着テープと比べて、保存特性とサイクル特性
が若干劣っている。

【００２６】従って、ＰＰ基材の巻止用粘着テープを使
用することが、テープの溶解、保存特性とサイクル特性
の面から見て適している。また、表１に示すように価格
的にも安価である。実施例１のリチウムイオン電池２０
及び実施例２のリチウムイオン電池２１〜２４につい
て、実験１及び実験２の保存特性及びサイクル特性の比
較テストの結果を表２示す。なお、保存後の容量％・５
００サイクル後の容量％・価格の数値及びテープ溶解の
有無の意味は、表１の場合と同様である。また、ＪＩＳ
による保証温度の数値も掲げた。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２に示されるように、ＰＰＳ基材の絶縁
用粘着テープの場合、テープが溶解せず、電池の保存特
性、サイクル特性が優れ、耐熱性も１５０℃以上あるこ
とがわかる。ＰＰ基材の絶縁用粘着テープの場合も同様
に、テープの溶解がなく、電池の保存特性、サイクル特
性が優れているが、ＪＩＳによる保証温度が１００℃以
下であるので、リチウムイオン電池の安全規格であるＵ
Ｌ１６４２の加熱試験で１５０℃に加熱すると、ＰＰ基
材の絶縁用粘着テープが収縮し内部短絡する可能性があ
り、絶縁用粘着テープとしては不適である。

【００２９】ＰＥＴ基材の絶縁用粘着テープの場合は、
テープが溶解し、保存特性、サイクル特性も劣ってい
る。ＰＰＴＡ基材の巻止用粘着テープの場合は、テープ
が若干溶解し、電解液の変色が見られ、保存特性、サイ
クル特性もＰＰＳ基材の場合よりは劣っている。ポリイ
ミド基材の絶縁用粘着テープの場合は、ＰＰＳの場合と
同様、テープの溶解が無く、電池の保存特性、サイクル
特性が優れ、耐熱性も良い。ただし、価格はＰＰＳの４
倍であるので経済性に欠ける。

【００３０】従って、ＰＰＳ基材の絶縁用粘着テープを
使用することが、テープの溶解、保存特性とサイクル特
性、及び価格の面から見て適している。なお、本発明の
リチウムイオン電池の電極、電解液は、上記実施例で示
したものに限定されることなく、リチウムの吸蔵−放出
が可能な炭素及び黒鉛を負極材料とする負極板と、正極
板とを、渦巻状に巻いた渦巻状電極巻取体を有するリチ
ウムイオン電池であれば、同様に実施可能であり、同様
の効果を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の本発明によるリチウムイオン電池
は、電極巻止用テープとしてＰＰ基材のテープを、リー
ド板用絶縁用粘着テープとしてＰＰＳ基材のテープを用
いているので、電池の保存時や充放電時にも、テープが
溶解しにくい。従って、正負極や電解液の不活性化を防
止し、保存特性やサイクル特性の優れたリチウムイオン
電池を提供することができる。また、ＰＰは安価なの
で、ＰＰ基材のテープを電極巻止用テープとして用いる
ことは経済的であり、ＰＰＳも絶縁用粘着テープの基材
に必要な物性を有するものの中では安価であり、ＰＰＳ
基材の絶縁用粘着テープを用いることは経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるリチウムイオン電池
の断面図である。

【図２】電極巻取体１０を示す斜視図である。

【図３】巻取り前の平板状の正極板５と負極板６を示す
図である。

【符号の説明】

１巻止用粘着テープ５正極板６負極板１０渦巻状電極巻取体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムの吸蔵−放出が可能な炭素及び
黒鉛を負極材料とする負極板と、正極板とを、渦巻状に
巻いた渦巻状電極巻取体を有するリチウムイオン電池で
あって、前記渦巻状電極巻取体を巻き止めする巻止用粘着テープ
として、ポリプロピレンを基材とするテープを用いるこ
とを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】前記リチウムイオン電池において、前記
負極板及び前記正極板と、各電池端子とを内部接続する
金属リード板を絶縁する絶縁用粘着テープとして、ポリ
フェニレンサルファイドを基材とするテープを用いるこ
とを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池。