JPH11219731A

JPH11219731A - 有機電解質二次電池

Info

Publication number: JPH11219731A
Application number: JP10070731A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Takagishi; 宏直高岸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】初期容量とサイクル特性に優れた角型有機電
解質二次電池を提供する。【解決手段】負極１と正極２とをポリプロピレンフィ
ルムのセパレータ３で挟み、これと押さえ板１２とバネ
板１３とを一体として素子接着テープ９で固定して電極
体２０とする。電極体２０の上下に絶縁シート１０を配
置して電池ケース１１に挿入し、正極リード４を正極端
子７に溶接し、負極リード５を電池ケース１１に溶接す
る。プロピレンカーボネートとジメチルカーボネートの
混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１モル／リットルの割合で溶
解させた電解液を電池ケース１１に注入し、レーザ溶接
で電池蓋８を電池ケース１１に固定して角型リチウムイ
オン二次電池を作製する。バネ板１３の形状は中央部が
突出した扁平な椀形状であり、周辺部が電池ケース１１
の内壁に当接し、中央部が電極体２０を押圧するように
電池ケース１１に挿入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機電解質二次電池
に関し、更に詳しくは積層構造を有する電極体の密着性
を向上し、初期容量とサイクル特性に優れた角型の有機
電解質二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ラップトップコンピュータ、セル
ラーホーン、８ｍｍビデオ、オーディオ機器等の電子機
器の発展はめざましく、電子技術の進歩によりこれらポ
ータブル機器の小型、軽量、薄型化が進んでいる。これ
に伴い携帯可能なポータブル電源として二次電池の需要
が高まってきており、さらに高エネルギー密度を得るた
めに研究開発が進められている。

【０００３】このような状況において、鉛電池、ニッケ
ルカドミウム電池等の水系電解液二次電池よりも高いエ
ネルギー密度を有する二次電池として非水電解液を用い
たリチウムイオン二次電池が提案され、実用化が進んで
いる。

【０００４】リチウムイオン電池の電池形態としては、
渦巻き状に巻いた電極を円筒状ケースに挿入した筒形電
池と、折り込んだ電極や矩形状積層電極、また楕円状に
巻回した電極を角形ケースに挿入した角型電池がある。
後者の角型電池は、筒型電池に比して電子機器に搭載し
たときのスペース効率がよく、また、近年の電子機器の
薄型化に伴い要求が高まってきている。

【０００５】このリチウムイオン電池では電極間の密着
性が電池性能、例えば容量、負荷特性、サイクル特性に
大きく影響を及ぼすものであり、高い密着性が要求され
ている。また一方、電池ケースへの電極体の挿入を容易
にするために、電池ケース内寸法と電極体に一定のクリ
アランスをもたせる必要があり、これらは相反する要求
であった。

【０００６】そこで従来、この対策として電極体と電池
ケース内壁との間にバネ板を挿入して電極体を押圧し、
電極間の密着性を確保してサイクル特性等の向上を図る
ことが行われてきた。しかしながら、従来のバネ板の形
状では十分な効果が得られていないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、積層電極を有する角型有機電解質二次電池におい
て、電池ケースと電極体との間に好適な形状のバネ板を
挿入することにより、電池の初期容量の増大とサイクル
特性の向上を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
なされたものであり、正極活物質としてリチウム複合酸
化物ＬｉｘＭＯ₂、またはＬｉｘＭ₂Ｏ₄（Ｍは一種以
上の遷移金属）を有する正極と、負極活物質としてリチ
ウムをドープ且つ脱ドープ可能な炭素材料を有する負極
からなる有機電解質二次電池において、電極体と電池ケ
ースの内壁との間に、扁平な椀型状の弾性体を配設した
有機電解質二次電池を構成する。また、扁平な椀型状の
弾性体の直径を電池ケース幅の１／２以上として、上記
課題を解決する。

【０００９】本発明によると、積層の電極間の密着性が
向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態例について図１
ないし図４を参照して説明する。図１は本発明にかかわ
る角型の有機電解質二次電池の断面図であり、図２は図
１に示す有機電解質二次電池に用いられたバネ板であっ
て、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ線上における断面図である。また、図３および図４は
比較するために形成されたバネ板の斜視図である。

【００１１】本発明にかかわる角型の有機電解質二次電
池は、正極活物質としてリチウム複合酸化物ＬｉｘＭＯ
₂、またはＬｉｘＭ₂Ｏ₄（Ｍは一種以上の遷移金属）
を有し、負極活物質としてリチウムをドープ且つ脱ドー
プ可能な炭素材料を有するリチウムイオン二次電池であ
る。

【００１２】負極活物質として炭素材料を用いるが、リ
チウムをドープ且つ脱ドープできるものであれば良く、
熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードル
コークス、石油コークス等）、天然黒鉛類、人造黒鉛
類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊
維、活性炭等が使用可能である。好ましくは、（００
２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０
ｇ／ｃｍ³未満で、且つ、空気気流中における示差熱分
析で７００℃以上に発熱ピークを持たない炭素材料を用
いる。

【００１３】正極活物質として、リチウム複合酸化物Ｌ
ｉｘＭＯ₂、またはＬｉｘＭ₂Ｏ₄（Ｍは一種以上の遷
移金属）を用いる。このリチウム複合酸化物は、例え
ば、リチウム、コバルト、ニッケルの炭酸塩を出発原料
とし、これら炭酸塩を組成に応じて混合し、酸素存在雰
囲気下６００〜１０００℃の温度範囲で焼成することに
より得られる。尚、出発原料は炭酸塩に限定することな
く、酸化物、水酸化物から合成してもよい。

【００１４】電解液はリチウム塩を電解質とし、これを
有機溶媒に溶解させた電解液が用いられる。ここで、有
機溶媒は特に限定されないが、プロピレンカーボネー
ト、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ
メチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、テトラ
ヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルカー
ボネート等の単独、若しくは２種類以上の混合溶媒が使
用可能である。

【００１５】また、電解質としては、ＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆等が使用可能であ
る。

【００１６】実施例１まず、負極１の作製について説明する。Ｈ／Ｃ原子比が
０．６〜０．８の範囲から選択した石油ピッチを粉砕
し、空気気流中で酸化処理をして炭素前駆体を得た。こ
の炭素前駆体のキノリン不溶分（ＪＩＳ遠心法：Ｋ２４
２５−１９８３による）は８０％であり、また、酸素含
有率（有機元素分析法による）は１５．４重量％であっ
た。この炭素前駆体を空気気流中で１０００℃に昇温し
て熱処理した後、粉砕し平均粒径１０μｍの難黒鉛化炭
素材料粉末とした。尚、このとき得られた難黒鉛化炭素
材料についてＸ線回折測定を行った結果、（００２）面
の面間隔は０．３８１ｎｍ、真比重は１．５４であっ
た。

【００１７】この炭素材料粉末を９０重量部、バインダ
ーとしてポリフッ化ビニリデンを１０重量部の割合で混
合し、この負極混合物をＮ−メチル−２−ピロリドンに
分散してスラリー状とし、負極スラリーを調整した。こ
のようにして得られた負極スラリーを負極集電体となる
厚さ１０μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥さ
せた後、ロールプレス機で圧縮成形し、帯状電極を作製
した。

【００１８】つぎに正極２の作製について説明する。炭
酸リチウムと炭酸コバルトを０．５モル：１．０モルの
比で混合し、空気中で９００℃、５時間焼成してＬｉＣ
ｏＯ₂を得た。このＬｉＣｏＯ₂の粉末を９１重量部、
導電剤としてグラファイトを６重量部、バインダーとし
てポリフッ化ビニリデンを３重量部の割合で混合し、こ
の正極混合物をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散して
スラリー状とし、これを厚さ２０μｍの帯状アルミニウ
ム箔の両面に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス機で
圧縮成形し、帯状電極を作製した。

【００１９】負極１と正極２とを微多孔性ポリプロピレ
ンフィルムからなるセパレータ３で挟み、これと押さえ
板１２とバネ板１３とを一体として素子接着テープ９で
固定して、電極体２０を作製し、電極体２０の上下に絶
縁シート１０を配置して電池ケース１１に挿入した。次
いで正極リード４を予めガスケット６を介して電池蓋８
に取り付けられた正極端子７に溶接した。また、負極リ
ード５をまとめ、電池ケース１１に溶接した。

【００２０】その後、プロピレンカーボネート５０容量
％とジメチルカーボネート５０容量％の混合溶媒に、Ｌ
ｉＰＦ₆を１モル／リットルの割合で溶解させて調製し
た電解液を電池ケース１１の中に注入し、レーザ溶接で
電池蓋８を電池ケース１１に固定して角型リチウムイオ
ン二次電池を作製した。尚、電池ケース１１のサイズは
幅が３４ｍｍ、高さが４８ｍｍ、厚さが８ｍｍのものを
用いた。

【００２１】また、本実施例に用いるバネ板１３の形状
は図２に示すように、中央部が突出した扁平な椀形状を
有するものであり、その周辺部が電池ケース１１の内壁
に当接し、中央部が電極体２０を押圧するように電池ケ
ース１１に挿入されている。

【００２２】比較例１バネ板１３に替わって図３に示す形状のバネ板１４を用
いた以外は実施例１と同様にして電池を作製した。尚、
バネ板１４は３つの凸部がバネ性を有した構造のもので
ある。

【００２３】比較例２バネ板１３に替わって図４に示す形状のバネ板１５を用
いた以外は実施例１と同様にして電池を作製した。尚、
バネ板１５は中央に凸部があって、この部位に最大のバ
ネ性を有した構造のものである。

【００２４】上述した実施例１、および比較例１、２で
作製した電池について、２３℃の環境下において充放電
の測定を行った。充電電圧を４．２Ｖに設定し、７００
ｍＡの定電流で２時間３０分、充電を行い、放電は４０
０ｍＡの定電流で最終電圧２．７５Ｖまで行って、これ
を電池の初期容量とした。その結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、上述した条件で充放電を繰り返し、
１０サイクル目の容量Ａと、２００サイクル目の容量Ｂ
と、容量保持率Ｂ／Ａ（％）とを求めた。その結果を表
２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】測定結果から、本発明による形状のバネ板
１３を用いた角型有機電解質二次電池は他の形状のバネ
板１４、１５を用いたものよりも初期容量、およびサイ
クル特性において優れていることが分かる。また、バネ
板１３の直径が電池ケース１１の幅の１／２以上であれ
ば、同様の効果があることが認められた。

【００２９】尚、ここで使用するバネ板の材料は、電池
の電解液に対して耐えられるものであればいずれの材料
でもよい。例えば、鉄、ニッケル、銅、ステンレス、チ
タン等の金属板、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
カーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ
化ビニリデン等のプラスチック板、セラミック板、或い
は黒鉛板等があげられる。特に、薄くて強度が高く、低
コストで耐蝕性に優れたステンレス材が好ましい。

【００３０】また本発明は上述した実施例に限ることな
く、本発明の技術的思想を具現化する他の構成であって
もよいことは当然である。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように正極活物質
としてＬｉｘＭＯ₂、またはＬｉｘＭ₂Ｏ₄（Ｍは一種
以上の遷移金属）を用い、負極にドープ且つ脱ドープが
可能な炭素材料を用いた角型有機電解質二次電池におい
て、電極体と電池ケースとの間に扁平な椀形状のバネ板
を挿入することによって、初期容量とサイクル特性を向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわる角型の有機電解質二次電池
の断面図である。

【図２】図１に示す有機電解質二次電池に用いられる
バネ板であって、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線上における断面図である。

【図３】比較例１に用いたバネ板の斜視図である。

【図４】比較例２に用いたバネ板の斜視図である。

【符号の説明】

１…負極、２…正極、３…セパレータ、４…正極リー
ド、５…負極リード、６…ガスケット、７…正極端子、
８…電池蓋、９…素子接着テープ、１０…絶縁シート、
１１…電池ケース、１２…押さえ板、１３，１４，１５
…バネ板、２０…電極体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極活物質としてリチウム複合酸化物Ｌ
ｉｘＭＯ₂、またはＬｉｘＭ₂Ｏ₄（Ｍは一種以上の遷
移金属）を有する正極と、負極活物質としてリチウムを
ドープ且つ脱ドープ可能な炭素材料を有する負極からな
る有機電解質二次電池において、電極体と電池ケースの内壁との間に、扁平な椀型状の弾
性体を配設したことを特徴とする有機電解質二次電池。
【請求項２】前記扁平な椀型状の弾性体は、その直径
が電池ケース幅の１／２以上であることを特徴とする、
請求項１に記載の有機電解質二次電池。