JPH11111247A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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Abstract
レを確実に防止し、負極カップへの金属リチウムのデン
ドライト状の析出を防止する。 【解決手段】 負極缶に収容された負極ペレットと正極
缶に収容された正極ペレットとをセパレータを介して対
向するように重ね合わせ、負極缶と正極缶を円環状のガ
スケットを介してカシメることにより密閉することによ
り、いわゆるコイン形の非水電解液二次電池とする。上
記ガスケットは負極缶と正極缶の間に挟持される外側環
状部と電池内部に臨む内側環状部を有し、当該内側環状
部内周面の正極ペレットと対向する位置に正極ペレット
を支持する突部が形成されている。ガスケットの内側環
状部内周面に形成される突部は、正極ペレットの外周面
に突き当たり、これを位置規制する。したがって、電池
の組立の際に、正極ペレットが不用意に位置ズレするこ
とがない。
Description
形、あるいはボタン形の非水電解液二次電池に関するも
のであり、特にガスケットの改良に関するものである。
の高性能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子
機器に使用される高エネルギー密度二次電池の要求が強
まっている。従来、これらの電子機器に使用される二次
電池としては、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・
水素電池等が用いられているが、これらの電池では電池
電圧が低く、エネルギー密度の高い電池を得るという点
では不十分である。
しては、負極に金属リチウムやリチウム合金を用い、正
極にモリブデン、バナジウム、チタン、ニオブ等の酸化
物や硫化物、あるいはエネルギー密度が高いマンガン酸
化物のサイクル特性を改善したスピネル形LiMn2O4
を用いたコイン形二次電池が実用化されている。しかし
ながら、これらの電池は深々度でのサイクル特性、負荷
特性の点で不十分と言わざるを得ない。
は、充放電反応でデンドライト状にリチウムが析出し、
これがセパレータを貫通して内部短絡を生じる問題があ
る。また、負極活物質にリチウム合金を用いた電池に
は、充放電に伴う負極電極の膨張・収縮により電極の崩
れなどの問題がある。
号公報に開示されるように、コークス等の炭素質材料を
負極活物質として使用する非水電解液二次電池が提案さ
れている。
ンの炭素層間へのドープ・脱ドープを負極反応へ利用す
るものであり、前述した金属リチウムやリチウムイオン
合金を負極活物質として使用した場合のデンドライト状
の金属リチウム析出や電極の崩れなどの問題が生じない
ので、良好なサイクル特性が得られるとされている。こ
の場合、正極活物質としては、特開昭63−13509
9号や特開平1−304664号公報に開示されるよう
に、例えばLixMO2(但し、Mは1種類以上の遷移金
属を表し、0.05≦x≦1.10である)で表される
リチウム遷移金属複合酸化物を用いると、電池容量が向
上してエネルギー密度が高い非水電解液二次電池を得る
ことができる。
リチウム遷移金属複合酸化物を用いたコイン形電池の一
例を図6を用いて説明する。
負極活物質の粉末に結着材を加えて均質に混合した負極
合材を加圧成型して負極ペレット13を作成し、ステン
レス鋼からなる負極カップ11の中にこの負極ペレット
を収納する。負極カップ11上にはニッケル製のエキス
パンドメタルからなる負極集電体12が溶接されてい
る。次に、この負極ペレット13上に非水電解液を含浸
保持しているセパレータ14を載置する。一方、正極活
物質の粉末に導電材と結着材を加えて均質に混合した正
極合材を加圧成型した正極ペレット15を正極カン16
内に収納する。そして、この正極カン16の開口部にガ
スケット17を介して上記負極カップ11を嵌合し、正
極カン16をかしめることにより、正極カン16と負極
カップ11内に負極ペレット13、セパレータ14、電
解液、正極ペレット15を密閉させ、図6に示すコイン
形電池を完成する。
に炭素質材料、正極活物質にリチウム遷移金属複合酸化
物を用いたコイン形電池では、正極側から脱ドープした
リチウムイオンが負極材料に吸蔵されるので、通常は負
極ペレット径>正極ペレット径となるように設計され
る。
は、例えば組立の際に正極ペレットの位置が不用意に大
きくズレてしまうことがあり、電池性能を大きく損なう
原因となっている。正極ペレットがズレて対向する位置
に負極ペレットがない部分が存在するような状態になる
と、この部分で負極カップ上にデンドライト状に金属リ
チウムが析出してしまう虞れがある。その結果、充放電
率の低下を引き起こし、充放電サイクルでの容量劣化が
大きくなるといった問題が起きる。また、連続充電され
た場合、このデンドライト状に析出した金属リチウムが
成長しセパレータを貫通し、内部短絡に至る虞れもあ
る。
に提案されたものであり、上記負極ペレットに対する正
極ペレットの位置ズレを確実に防止し、負極カップへの
金属リチウムのデンドライト状の析出を防止することを
目的とし、これにより優れた充放電サイクル特性及び連
続充電特性、並びに生産性を有するコイン形非水電解液
二次電池を提供することを目的とするものである。
めに、本発明は、負極缶に収容された負極ペレットと正
極缶に収容された正極ペレットとがセパレータを介して
対向するように重ね合わされ、負極缶と正極缶を円環状
のガスケットを介してカシメることにより密閉されてな
る非水電解液二次電池において、上記ガスケットは負極
缶と正極缶の間に挟持される外側環状部と電池内部に臨
む内側環状部を有し、当該内側環状部内周面の正極ペレ
ットと対向する位置に正極ペレットを支持する突部が形
成されていることを特徴とするものである。
る突部は、正極ペレットの外周面に突き当たり、これを
位置規制する。したがって、電池の組立の際に、正極ペ
レットが不用意に位置ズレすることがない。
することにより、負極缶への金属リチウムのデンドライ
ト状の析出を解消することができ、充放電サイクル特性
や連続充電特性が改善される。
り、歩留まりも向上するので、生産性の点でも有利であ
る。
液二次電池の構成について、図面を参照しながら説明す
る。
すように、負極缶1に負極ペレット2を収容するととも
に、正極缶3に正極ペレット4を収容し、これら負極缶
1と正極缶3とをガスケット5を介してかしめ、密閉し
てなるものである。
4の間には、負極ペレット2及び正極ペレット4間の電
池反応が円滑に進行するように、非水電解液を含浸保持
するセパレータ6が配されている。
に結着材を加え、これを均一に混合したものを加圧成形
することにより作製され、通常は、例えばニッケル製の
エキスパンドメタル等からなり負極缶1に溶接される集
電体7と密着させることで、負極缶1との導通を良好な
状態に維持するような構造とされている。
られるものであれば公知のものがいずれも使用可能であ
り、特にグラファイト、易黒鉛化炭素材料、難黒鉛化炭
素材料、炭素焼結体等、炭素材料を用いた場合に効果が
顕著である。
に必要に応じて導電材を加えた後、負極ペレット2と同
様、結着材を加えて均一に混合したものを加圧成形する
ことにより作製される。
2(但し、MはCo、Ni、Mn等、1種以上の遷移金
属を表し、0.05≦x≦1.10である。)で表され
るリチウム遷移金属複合酸化物を挙げることができ、具
体的にはリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸
化物、リチウムマンガン酸化物等を用いることができ
る。
レット2を入れ、この負極ペレット2の上に非水電解液
を含浸させたセパレータ6を載置する。
を用意し、その開口部にガスケット5を介して上記負極
缶1を嵌合した後、正極缶3をカシメることにより、負
極缶1、正極缶3の内面にそれぞれ負極ペレット2、正
極ペレット4を密着させ密閉する。
であるが、本発明の非水電解液二次電池においては、ガ
スケット5の形状、構造に大きな特徴を有する。そこで
次に、ガスケット5の形状について詳述する。
体、例えば樹脂、ゴム等よりなるもので、これをカシメ
の際に負極缶1、正極缶3の間に挟み込むことにより、
密閉性を確保し、液漏れ等を防止するようにしている。
ので、本発明のガスケット5は、上記のようにカシメの
際に負極缶1と正極缶3の間に挟み込まれる外側環状部
51と、電池に組み込んだ際に電池内に臨む内側環状部
52とを有する。
6に突き当たり、この内側環状部52により囲まれた空
間に負極ペレット2が収容される形となる。
aには、正極ペレット4と対向する位置に、内方に向か
って(したがって、正極ペレット4に向かって)突出す
る突部53が形成されており、その先端面53aで正極
ペレット4を位置決めし、正極ペレット4の位置が負極
ペレット2に対して大きく位置ずれしないようになって
いる。
面に独立した突部53が複数形成されていてもよいし、
図4に示すように、突部53が内側環状部52の内周面
52aの全周に亘り形成されていてもよい。また、独立
した突部53を複数形成する場合、これら突部53は等
角度間隔で形成することが好ましい。例えば突部53を
2カ所形成する場合には180°間隔で、3カ所形成す
る場合には120°間隔で、4カ所形成する場合には9
0°間隔で形成する。
レット4の位置決めをするものであるので、その寸法を
適正なものとすることが好ましい。
る内接円の径Wが、正極ペレット4の外径dよりも若干
大きく、負極ペレット2の外径Dより小さくなるように
設定する。要するに、D>W>dなる関係を満足するよ
うに設計する。
めし、負極ペレット2に対する位置ズレによるデンドラ
イトの発生を抑えることができる。
接円とは、第3図に示すように複数の突部53を形成し
た場合には、これら各突部53の先端面53aで囲まれ
る内接円であり、図4に示すように全周に亘り形成した
場合には、先端面53aが形成する内周円である。
3bは、正極ペレット4に向かって次第に正極缶3の内
面から離間するような傾斜面とされていることが好まし
い。これにより、組立の際の不良の発生を抑えることが
できる。
面)53cは、内側環状部52に対して段差を有するよ
うに、いわば階段状に形成することが好ましい。このよ
うな形状とすることにより、内側環状部52の内周面5
2aと前記上面53cにより構成される段差部で負極ペ
レット2をも安定に支持することができ、負極ペレット
2に対する正極ペレット4の相対的な位置決めをより確
実なものとすることができる。
験結果をもとに説明する。
うな割合で混合した後、空気中で900℃、5時間焼成
し、LiCoO2 を得た。得られた化合物についてX線
回折測定を行った結果、JPDSカードと良く一致して
いた。
%、導電材であるグラファイトを6重量%、バインダー
としてポリフッ化ビニリデンを3重量%の割合で混合し
て正極合剤とし、これを溶剤であるN−メチル−2−ピ
ロリドンに分散して正極ペーストを調製した。
15.5mm、高さ0.9mmの円板状に成形して正極
ペレットを作製した。
した。
い、これに酸素を含む官能基を10〜20%導入(酸素
架橋)した後、不活性ガス中、1000℃で焼成し、得
られたガラス状炭素材料に近い性質の難黒鉛化炭素材料
を用いた。
ンダーとしてポリフッ化ビニリデンを5重量%の割合で
混合して負極合剤を作製し、溶剤となるN−メチル−2
−ピロリドンに分散させて負極ペーストを調製した。調
製した負極ペーストを乾燥した後、外径16.5mm、
高さ0.8mmの円板状に成形して負極ペレットを作製
した。
パンドメタルからなる負極集電体がスポット溶接された
負極カップに入れ、その上に必要寸法に打ち抜いたポリ
プロピレン製の不織布セパレータを載せ、ポリプロピレ
ン製のガスケットで挟み込んで負極カップに挿着し、負
極電極を作製した。
3に示すようなものであり、内側環状部内径が16.8
mmで、120°間隔で3カ所突起(突部)を有する。
突起は、幅2.0mm、高さ0.4mmであり、したが
ってこれら突起の先端面に内接する円の直径は16.0
mmである。
電極を設置した。正極電極は、正極缶内に正極ペレット
を収納してなるもので、正極缶の開口部にガスケットを
介して負極カップを嵌合し、正極缶をカシメることによ
り密閉し、図1に示すようなコイン形の非水電解液二次
電池を作製した。
径は20mm、高さは2.5mmであり、これを50個
作製した。作製中、不良電池の発生は見られなかった。
所形成されたものを用い、他は実施例1と同様にコイン
形非水電解液二次電池を50個作製した。作製中、不良
電池の発生は見られなかった。
起の数が異なるだけで、突起の寸法や形状等は実施例1
で用いたものと同じである。
所形成されたものを用い、他は実施例1と同様にコイン
形非水電解液二次電池を50個作製した。作製中、不良
電池の発生は見られなかった。
起の数が異なるだけで、突起の寸法や形状等は実施例1
で用いたものと同じである。
亘り突起が形成されたものを用い、他は実施例1と同様
にコイン形非水電解液二次電池を50個作製した。作製
中、不良電池の発生は見られなかった。
4mmであり、この突起の先端面で形成される内周面の
内径寸法は16.0mmである。
カ所形成されたものを用い、他は実施例1と同様にコイ
ン形非水電解液二次電池を50個作製した。作製中、不
良電池の発生は見られなかった。
起の数が異なるだけで、突起の寸法や形状等は実施例1
で用いたものと同じである。
他は実施例1と同様にコイン形非水電解液二次電池を5
0個作製した。このとき、50個中10個の割合で、正
極ペレットを設置する際に不良が発生した。
様の突起を有し同様の寸法形状を有するものであるが、
突起の正極側の面が傾斜面とされておらず、外側環状部
や内側環状部の底面と連なり正極缶と接する平坦面とさ
れている。
ものを用い、他は実施例1と同様にコイン形非水電解液
二次電池を50個作製した。作製中、不良電池の発生は
見られなかった。
起が無い点が異なるだけで、他の寸法や形状等は実施例
1で用いたものと同じである。
ものを用い、他は実施例1と同様にコイン形非水電解液
二次電池を50個作製した。作製中、不良電池の発生は
見られなかった。
起の数が異なるだけで、突起の寸法や形状等は実施例1
で用いたものと同じである。ただし、突起が1カ所のみ
であるので、正極ペレットが片寄る虞れがある。
施例1と同様にコイン形非水電解液二次電池を50個作
製した。作製中、不良電池の発生は見られなかった。
を15.5mm、正極ペレットの外径寸法を14.5m
mとしており、したがって突起の先端面に接する内接円
の径が負極ペレットの外径よりも大きい。
クル試験及び連続充電試験を行った。試験は各電池20
サンプルについて行い、その平均値をとった。なお、充
放電サイクル試験は、2mAの定電流で4.0Vまで通
電し3kΩの負荷で2.0Vまで放電する充放電サイク
ルを23℃で50サイクル繰り返し、50サイクル後の
初期充放電容量に対する容量維持率を求めた。連続充電
試験は、60℃の環境下、4.0Vで20日間連続充電
を行った後、23℃で3kΩの負荷で2.0Vまで放電
し、初期の放電容量に対する放電容量維持率を測定し
た。結果を表1に示す。
電池は、比較例の電池と比べて充放電サイクル特性が向
上している。これは、実施例の各電池では正極ペレット
の位置ズレがなく、必ず対向面に負極ペレットがあるの
で、負極カップ内面に金属リチウムがデンドライト状に
析出することがないためと考えられる。実際、各実施例
電池では、容量維持率が95%以上と比較例に比べて著
しく高く、充放電サイクルが大幅に向上している。
を見ると、やはり実施例1〜6の電池は比較例と比べて
高い。金属リチウムのデンドライト状の析出が抑制され
た結果、連続充電特性も向上したものと考えられる。
るが、組立の際に若干の不良が発生している。したがっ
て、突起の正極缶側の面は傾斜面とすることが好ましい
と言える。
ないが、放電容量の維持率が若干低下している。これは
突起が1カ所しか設けられていないため、正極ペレット
の位置に片寄りが生じたためと考えられる。したがっ
て、突起を形成する場合、複数形成することが好まし
い。
サイクル試験後及び連続充電試験後に電池解体を行っ
た。各実施例の電池では試験前後で変化は認められなか
ったが、比較例1〜3の電池では、負極カップ周辺部に
デンドライト状の金属リチウムが析出していた。
ペレットに対する正極ペレットの位置ズレを確実に防止
し、負極カップへの金属リチウムのデンドライト状の析
出を防止することができる。したがって、優れた充放電
サイクル特性及び連続充電特性、並びに生産性を有する
非水電解液二次電池を提供することが可能である。
の一構成例を示す概略断面図である。
る。
示す斜視図である。
に斜視図である。
ある。
面図である。
ペレット、5 ガスケット、6 セパレータ、52 内
側環状部、53 突部
Claims (6)
- 【請求項1】 負極缶に収容された負極ペレットと正極
缶に収容された正極ペレットとがセパレータを介して対
向するように重ね合わされ、負極缶と正極缶を円環状の
ガスケットを介してカシメることにより密閉されてなる
非水電解液二次電池において、 上記ガスケットは負極缶と正極缶の間に挟持される外側
環状部と電池内部に臨む内側環状部を有し、当該内側環
状部内周面の正極ペレットと対向する位置に正極ペレッ
トを支持する突部が形成されていることを特徴とする非
水電解液二次電池。 - 【請求項2】 上記ガスケットに形成された突部の先端
面に内接する内接円の径をW、負極ペレットの外径寸法
をD、正極ペレットの外径寸法をdとしたときに、D>
W>dなる関係にあることを特徴とする請求項1記載の
非水電解液二次電池。 - 【請求項3】 上記突部が内側環状部内周面に複数形成
されていることを特徴とする請求項1記載の非水電解液
二次電池。 - 【請求項4】 上記突部が内側環状部内周面に全周に亘
って形成されていることを特徴とする請求項1記載の非
水電解液二次電池。 - 【請求項5】 上記突部の正極缶側の面が正極ペレット
に向かって傾斜する傾斜面とされていることを特徴とす
る請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項6】 上記負極ペレットがリチウムをドープ・
脱ドープする炭素材料を負極活物質として含み、上記正
極ペレットがリチウム複合酸化物を正極活物質として含
むことを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電
池。
Priority Applications (2)
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