JPH10302842A

JPH10302842A - 捲回形二次電池

Info

Publication number: JPH10302842A
Application number: JP9112136A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Kobayashi; 康太郎小林; Tatsuo Horiba; 達雄堀場
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】箔芯材を用いた薄い電極を捲回する構造を有す
る捲回形二次電池において、薄い電極面全体に均一に加
圧力を付与し、高い充放電効率と高率放電特性を得るよ
うにすること。【解決手段】正極板と、負極板とを、フィルムセパレー
タ介して捲回してなるリチウム二次電池において、前記
正極板、負極板、フィルムセパレータからなる電極群構
成部材とともにポリプロピレン製不織布である緩衝材を
挿入捲回した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は捲回形二次電池に関
するものであり、さらに詳しくはリチウムイオン電池な
どのフィルムセパレータを用いる捲回形非水電解液二次
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、再充電が可能な二次電池の分野で
は、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水
素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしなが
ら、近年、携帯電話やノート型パソコンの急激な普及に
伴い、より小型で高容量な電池が求められるようになっ
てきた。このような要求に対して、負極に炭素材を用
い、これにリチウムイオンを挿入・脱離させることによ
り充放電を可能とした、いわゆるリチウムイオン二次電
池が開発された。リチウムイオン二次電池は、金属リチ
ウムを用いた電池と比べるとエネルギ−密度は低下する
が、安全で且つ従来の水溶液系電池よりも高エネルギー
密度であるという長所を持ち、急激に市場を広めてい
る。

【０００３】一般にリチウムイオン二次電池は、他の水
溶液系電池と同様に電極群に一定の圧力を付与しなけれ
ば、所定の容量が得られないという特徴を持っている。
即ち、捲回形電池においては、正極、負極が真円に近く
捲回され、電極面に均一な加圧力が得られるようにしな
ければならない。捲回形リチウムイオン電池は、フィル
ムセパレータとともに薄い箔電極を捲回する構造を有し
ており、従来の水溶液系のニッケル−カドミウム電池や
ニッケル−水素電池と比べると、比較的真円度は高い
が、セパレータが水溶液系電池のような不織布セパレー
タでないため電極群の伸縮性が小さいという問題があ
る。真円度とは、電極群の円の縦直径(a)と横直径(b)と
の比ｂ／ａのことであり、１に近いほど真円に近いこと
を示すものである。また、ここで言うフィルムセパレー
タは、一般的にリチウムイオン電池で用いられているも
のであり、厚みが４０μｍ以下、気孔率が４０％以上の
ような多孔質のフィルムであり、圧縮弾性をほとんど持
たないものである。一方、従来の水溶液系電池では、不
織布セパレータを用いているため圧縮弾性が大きく電極
群としての伸縮性が良く、電極面に均一な加圧力がかか
りやすいが、電極厚みが厚く、硬いため真円度が低い。
そのため、電極群を電池缶に収納する際に缶内寸に合わ
せて加圧成形する方法が特開平０１ー１８９８７０号公
報に提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極群
を電池缶に収納する際に缶内寸に合わせて加圧成形する
方法をリチウムイオン電池に採用しても、元々真円度が
高いうえ、セパレータに厚み方向の伸縮性がないため、
薄い電極面全体に均一な加圧力を与えることができず、
所定容量が得られないだけでなく、高率での放電容量が
大きく低下してしまう。

【０００５】本発明の目的は、薄い電極を捲回する構造
を有する捲回形二次電池において、薄い電極面全体に均
一に加圧力を付与することができ、高い充放電効率と高
率放電特性を得るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、正極板と、負極板とを、フィルムセパレ
ータを介して捲回してなる捲回形二次電池において、前
記正極板、負極板、フイルムセパレータからなる電極群
構成部材とともに緩衝材を捲回方向に挿入して捲回した
ものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】緩衝材に求められる機能は、それ
自身に弾力性があり、捲回電極群に圧迫力を加えられる
こと、電解液に対して安定であること、電解液を透過お
よび保持できることがある。これらの機能を有する緩衝
材を電極群に巻き込むことにより、電極の充放電にとも
なう体積変化を吸収し電極群全体に均一な加圧力が与え
られる。緩衝材は連続体で挿入してもよいが、捲回方向
に間欠的に挿入すると電池容量を低下させることなく効
果的に加圧力を付与できる。さらに緩衝材は上記した点
を満足するものであれば良く、例えば合成樹脂、天然繊
維、セラミックスのいずれか一つ、またはそれらを組み
合わせたもので、構造は不織布、スポンジ状、網状、波
板状のいずれかであれば良い。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る捲回形二次電池を、リチ
ウムイオン電池を例に用い具体的な実施例及び比較例を
説明する。

【０００９】（実施例１）本発明における電極作製方法
を以下に記す。（正極）コバルト酸リチウムに結着剤としてのポリフッ
化ビニリデンを重量比で８％添加し、これに分散溶媒と
してＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリを厚
み２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布、その後乾
燥、プレス、断裁することにより厚み２００μｍの正極
を得た。（負極）グラファイトに結着剤としてのポリフッ化ビニ
リデンを重量比で８％添加し、これに分散溶媒としＮ−
メチルピロリドンを添加、混練したスラリを厚み１０μ
ｍの銅箔の両面に塗布、その後乾燥、プレス、断裁する
ことにより厚み１３０μｍの負極を得た。上記の方法に
より作製した正極及び負極を、ポリエチレン製フイルム
セパレータとともに捲回した。この時電極群構成部材と
ともに、厚み１００μｍでセパレータと同じ幅のポリプ
ロピレン製不織布の緩衝材４を図１に示すように間欠的
に巻き込んだ。図１において、１は負極板、２は正極
板、３はフイルムセパレータである。その後、電極群を
電池缶に入れ、上蓋を正極板の正極端子に溶接して電池
缶封口後、注液口より電解液を所定量注入、封口するこ
とにより捲回形二次電池を得た。電解液にはエチレンカ
ーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液中へ六フ
ッ化リン酸リチウムを１モル／リットル溶解したものを
用いた。この電池の容量は１４００ｍＡｈである。

【００１０】（実施例２）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、実施例１と
同じ緩衝材をセパレータと貼り合わせるような形で連続
体として巻き込んだ。その他は実施例１と同様の方法に
より組み立てた。この電池の容量は１３５０ｍＡｈであ
る。

【００１１】（実施例３）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フィルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、厚み１００
μｍでセパレータと同じ幅のポリウレタンフォームの緩
衝材を実施例１と同様に間欠的に巻き込んだ。その他は
実施例１と同様の方法により組み立てた。この電池の容
量は１４００ｍＡｈである。

【００１２】（実施例４）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、厚み５０μ
ｍでセパレータと同じ幅ののポリエチレン製ネットの緩
衝材を実施例１と同様に間欠的に巻き込んだ。その他は
実施例１と同様の方法により組み立てた。この電池の容
量は１４００ｍＡｈである。

【００１３】（実施例５）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、厚み１００
μｍでセパレータと同じ幅のポリプロピレン製の波板の
緩衝材を実施例１と同様に間欠的に巻き込んだ。その他
は実施例１と同様の方法により組み立てた。この電池の
容量は１４００ｍＡｈである。

【００１４】（実施例６）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、厚み１００
μｍでセパレータと同じ幅の天然繊維からなる不織布の
緩衝材を実施例１と同様に間欠的に巻き込んだ。その他
は実施例１と同様の方法により組み立てた。この電池の
容量は１４００ｍＡｈである。

【００１５】（実施例７）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この時電極群構成部材とともに、厚み１００
μｍでセパレータと同じ幅のセラミックからなる波板の
緩衝材を実施例１と同様に間欠的に巻き込んだ。その他
は実施例１と同様の方法により組み立てた。この電池の
容量は１４００ｍＡｈである。

【００１６】（比較例１）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、フイルムセパレータを介して正極と負極を
捲回した。この電池には緩衝材としてのポリプロピレン
製不織布は挿入されていない。その他は実施例１と同様
の方法により組み立てた。

【００１７】（比較例２）上記実施例１と同様の正極と
負極を用い、比較例１と同様に緩衝材を用いずフイルム
セパレータを介して正極と負極を捲回した。その後電極
群を予め若干大きめに作製した電池缶に挿入し、電池缶
とともに加圧成形することにより上記実施例等と同様の
所定サイズの電池を得た。その他は実施例１と同様の方
法により組み立てた。

【００１８】以上の電池において、初期容量及び高率放
電性能についての比較をした。初期容量試験では、定電
流で８時間率（１／８Ｃ）で充電した後、８時間率（１
／８Ｃ）で終止電圧＝２．８Ｖまで放電した。高率放電
性能試験では、初期容量試験後充放電効率が安定した
後、定電流で８時間率（１／８Ｃ）で充電し、その後放
電を８時間率（１／８Ｃ）、１時間率（１Ｃ）、及び２
時間率（２Ｃ）で終止電圧=２．８Ｖまで放電した。

【００１９】表１に初期容量試験及び高率放電試験の結
果を示す。初期容量は実施例１における電池の放電容量
を１００とした時の比率で示した。高率放電は、それぞ
れ１／８Ｃ放電容量を１００とした時の相対値で示し
た。実施例１、３〜７は、緩衝材の種類に係わらず初期
容量及び高率放電性能ともに優れている。これは極板全
面に均一な加圧力が得られているためと考えられる。ま
た、実施例２は実施例１等と同様に極板全面に均一な加
圧力が得られているため、高率放電性能には優れるが、
連続体として緩衝材を挿入したため、若干初期容量が低
下した。これに対し、緩衝材を用いていない比較例１
は、初期容量、高率放電性能ともに非常に低い。また、
電池缶挿入時に加圧して挿入する比較例２は、加圧を加
えなかった比較例１よりは特性に優れるが、実施例１〜
７には大きく及ばない。この結果から、本発明の実施例
によれば、従来の電池よりも初期容量、高率放電性能に
優れた電池が得られる。

【００２０】本実施例には、正極にコバルト酸リチウ
ム、負極にグラファイト、電解液にエチレンカーボネー
トとジメチルカーボネートの混合溶液中へ六フッ化リン
酸リチウムを１モル／リットル溶解したものを用いた。
なお、本発明は上記の材料構成に限定されるものではな
く、他の材料構成からなる捲回形二次電池においても同
等の効果が確認されている。同様に緩衝材の材質は、耐
電解液性のある合成樹脂、天然繊維、セラミックスであ
れば上記以外のものでも同等の効果が確認されており、
また、構造は不織布、スポンジ状、網状、波板状のいず
れかであれば同等の効果が確認されている。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、正極
板、負極板及びフイルムセパレータを捲回してなる捲回
形二次電池において、正極板、負極板、フイルムセパレ
ータからなる電極群構成部材とともに緩衝材を挿入捲回
することにより、電極の厚み方向の伸縮を吸収し、薄い
電極面全体に均一な加圧力を与えることができ、高い充
放電効率と高率放電特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池の電極群の断面図である。

【符号の説明】

１：負極板，２：正極板，３：フイルムセパレータ，
４：緩衝材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と、負極板とを、フィルムセパレー
タを介して捲回してなる捲回形二次電池において、前記
正極板、負極板、フイルムセパレータからなる電極群構
成部材とともに緩衝材を挿入捲回したことを特徴とする
捲回形二次電池。
【請求項２】前記緩衝材が電極群構成部材の捲回方向に
不連続に挿入されていることを特徴とする請求項１記載
の捲回形二次電池。
【請求項３】前記緩衝材の材質が合成樹脂、天然繊維、
セラミックスのいずれか一つ、またはそれらを組み合わ
せたものであることを特徴とする請求項１記載の捲回形
二次電池。
【請求項４】前記緩衝材の構造が不織布、スポンジ状、
網状、波板状のいずれかであることを特徴とする請求項
１記載の捲回形二次電池。