JP2000082498A - 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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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 初期充放電容量からの容量の低下率の少ない
電池を提供する。 【解決手段】 リチウムイオンをドープ、脱ドープする
リチウム電池において、負極容量に対応する量以上の正
極活物質層を、正極集電体がセパレータを介して対向す
る隣接する負極板に対向していない領域の正極集電体上
に存在させて巻回するか、もしくは正極集電体上に電池
反応に関与する金属イオンを生成する金属を存在させて
巻回した非水電解液二次電池。
電池を提供する。 【解決手段】 リチウムイオンをドープ、脱ドープする
リチウム電池において、負極容量に対応する量以上の正
極活物質層を、正極集電体がセパレータを介して対向す
る隣接する負極板に対向していない領域の正極集電体上
に存在させて巻回するか、もしくは正極集電体上に電池
反応に関与する金属イオンを生成する金属を存在させて
巻回した非水電解液二次電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液を用い
た二次電池に関するものであり、とくに初期容量の低下
が少ないリチウム電池等の二次電池に関するものであ
る。
た二次電池に関するものであり、とくに初期容量の低下
が少ないリチウム電池等の二次電池に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩は、電
子機器の小型、軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、携帯用情報端末としての電池に対してもますます
小型、軽量、かつ、高エネルギー密度であることが求め
られている。
子機器の小型、軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、携帯用情報端末としての電池に対してもますます
小型、軽量、かつ、高エネルギー密度であることが求め
られている。
【０００３】従来、二次電池としては、鉛電池、ニッケ
ル−カドミウム電池等の水溶液系電池が主流であった。
しかし、これらの水溶液系電池はサイクル特性に優れる
が、電池重量やエネルギー密度の点では十分満足できる
ものではない。
ル−カドミウム電池等の水溶液系電池が主流であった。
しかし、これらの水溶液系電池はサイクル特性に優れる
が、電池重量やエネルギー密度の点では十分満足できる
ものではない。
【０００４】一方、近年、炭素材料等のリチウムイオン
のドープおよび脱ドープが可能な物質を負極活物質に用
い、リチウム複合金属酸化物を正極に使用する非水電解
液二次電池が開発されている。リチウムイオン電池等の
非水電解液二次電池は、ニッケルカドミウム電池やニッ
ケル水素電池に比べて、容積面でも、重量面でも、高エ
ネルギ密度を有し、自己放電も少なく、軽量である等の
利点を有することから小型の機器用の電池として利用さ
れている。
のドープおよび脱ドープが可能な物質を負極活物質に用
い、リチウム複合金属酸化物を正極に使用する非水電解
液二次電池が開発されている。リチウムイオン電池等の
非水電解液二次電池は、ニッケルカドミウム電池やニッ
ケル水素電池に比べて、容積面でも、重量面でも、高エ
ネルギ密度を有し、自己放電も少なく、軽量である等の
利点を有することから小型の機器用の電池として利用さ
れている。
【０００５】リチウムイオン電池の製造では、リチウム
をドープした炭素質材料等の入手あるいは取り扱いの問
題から、放電状態にあるリチウムイオンをドープしてい
ない炭素材料と、リチウムと遷移金属の酸化物からなる
リチウム複合酸化物を正極材料として電池を組み立てた
後に、充電することが行われている。
をドープした炭素質材料等の入手あるいは取り扱いの問
題から、放電状態にあるリチウムイオンをドープしてい
ない炭素材料と、リチウムと遷移金属の酸化物からなる
リチウム複合酸化物を正極材料として電池を組み立てた
後に、充電することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】炭素材料等を負極材料
とした場合、電池の初期充電反応において、正極活物質
中のリチウムが炭素質中にドープされるが、その後の電
池の放電あるいは充電反応では、初期充電によって負極
中にドープされた全リチウム量のうち、８０〜９０％程
度しか負極の炭素材料から脱ドープされず、残余のリチ
ウムは負極から取り出すことができなくなるので、正極
側では初期の量のリチウム複合酸化物を形成することが
できないので、以後のサイクルにおいて、電池容量が大
幅に低下するという問題があった。
とした場合、電池の初期充電反応において、正極活物質
中のリチウムが炭素質中にドープされるが、その後の電
池の放電あるいは充電反応では、初期充電によって負極
中にドープされた全リチウム量のうち、８０〜９０％程
度しか負極の炭素材料から脱ドープされず、残余のリチ
ウムは負極から取り出すことができなくなるので、正極
側では初期の量のリチウム複合酸化物を形成することが
できないので、以後のサイクルにおいて、電池容量が大
幅に低下するという問題があった。
【０００７】こうした問題点を解決するために、正極活
物質としてＬｉＭＯx （式中、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅお
よびＭｎのうちから選択される１種又は２種以上の元素
を表す）で示されるリチウム含有複合酸化物に電気化学
的あるいは化学的にリチウムをドープしたものを用いる
ことによってリチウムの量が不足することを防止するこ
とが特開平４−１８１６６０号公報に記載されている。
物質としてＬｉＭＯx （式中、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅお
よびＭｎのうちから選択される１種又は２種以上の元素
を表す）で示されるリチウム含有複合酸化物に電気化学
的あるいは化学的にリチウムをドープしたものを用いる
ことによってリチウムの量が不足することを防止するこ
とが特開平４−１８１６６０号公報に記載されている。
【０００８】また、初期電池容量の落ち込みを減少さ
せ、サイクル特性を向上させるために、正極中もしくは
正極とセパレータの間に、粉末あるいは鱗片状の金属リ
チウムを混入することが特開平９−２１３３７６号公報
において提案されている。
せ、サイクル特性を向上させるために、正極中もしくは
正極とセパレータの間に、粉末あるいは鱗片状の金属リ
チウムを混入することが特開平９−２１３３７６号公報
において提案されている。
【０００９】ところが、これらの方法では、正極活物質
に電気化学的あるいは化学的にリチウムをドープする工
程が必要であったり、あるいはリチウム金属粉末を正極
活物質に混入する工程が必要である。例えば、正極活物
質に電気化学的あるいは化学的にリチウムをドープする
工程は複雑であり生産性を考慮すると現実的ではない。
また、化学的に非常に活性である粉末あるいは鱗片状の
金属リチウムを正極中に混入させることも安全対策上の
手段をとる必要があり工程を複雑なものとする。また、
金属リチウムを正極中に混入させた電池は、安全性上の
問題があり、信頼性の高い非水電解液二次電池を簡便に
製造することは極めて困難であった。
に電気化学的あるいは化学的にリチウムをドープする工
程が必要であったり、あるいはリチウム金属粉末を正極
活物質に混入する工程が必要である。例えば、正極活物
質に電気化学的あるいは化学的にリチウムをドープする
工程は複雑であり生産性を考慮すると現実的ではない。
また、化学的に非常に活性である粉末あるいは鱗片状の
金属リチウムを正極中に混入させることも安全対策上の
手段をとる必要があり工程を複雑なものとする。また、
金属リチウムを正極中に混入させた電池は、安全性上の
問題があり、信頼性の高い非水電解液二次電池を簡便に
製造することは極めて困難であった。
【００１０】本発明は、金属イオンをドープ、脱ドープ
する正極活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体
上に形成した正極板および負極板をセパレータを介して
巻回した発電要素を有する非水電解液二次電池におい
て、初期充電時に負極中に取り込まれ、後の充放電に寄
与しない非水系電池における初期容量の低下を解決する
ことを課題とするものであり、とくにリチウムをドープ
する負極材料とリチウム含有複合金属酸化物を正極材料
を用いたリチウム電池において、初期充電時に負極中に
取り込まれ、後の充放電に寄与しないリチウムイオンを
補うことによって、初期容量の低下のないリチウム電池
を提供することを課題とするものである。
する正極活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体
上に形成した正極板および負極板をセパレータを介して
巻回した発電要素を有する非水電解液二次電池におい
て、初期充電時に負極中に取り込まれ、後の充放電に寄
与しない非水系電池における初期容量の低下を解決する
ことを課題とするものであり、とくにリチウムをドープ
する負極材料とリチウム含有複合金属酸化物を正極材料
を用いたリチウム電池において、初期充電時に負極中に
取り込まれ、後の充放電に寄与しないリチウムイオンを
補うことによって、初期容量の低下のないリチウム電池
を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属イオンを
ドープ、脱ドープする正極活物質層および負極活物質層
をそれぞれ集電体上に形成した正極板および負極板をセ
パレータを介して巻回した発電要素を有する非水電解液
二次電池において、正極集電体には、負極容量に対応す
る正極活物質層を形成するともに、負極容量に対応する
正極活物質層の量を超える正極活物質層を、正極集電体
がセパレータを介して対向する隣接する負極板に対向し
ていない領域の正極集電体上に存在させて巻回した非水
電解液二次電池である。
ドープ、脱ドープする正極活物質層および負極活物質層
をそれぞれ集電体上に形成した正極板および負極板をセ
パレータを介して巻回した発電要素を有する非水電解液
二次電池において、正極集電体には、負極容量に対応す
る正極活物質層を形成するともに、負極容量に対応する
正極活物質層の量を超える正極活物質層を、正極集電体
がセパレータを介して対向する隣接する負極板に対向し
ていない領域の正極集電体上に存在させて巻回した非水
電解液二次電池である。
【００１２】負極容量に対応する正極活物質層の量を超
える正極活物質層を複数個の領域に分けて設けた前記の
非水電解液二次電池である。負極容量に対応する量以上
の正極活物質層が、負極容量の３〜２５％の容量に相当
するものである前記の非水電解液二次電池である。
える正極活物質層を複数個の領域に分けて設けた前記の
非水電解液二次電池である。負極容量に対応する量以上
の正極活物質層が、負極容量の３〜２５％の容量に相当
するものである前記の非水電解液二次電池である。
【００１３】また、金属イオンをドープ、脱ドープする
正極活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体上に
形成した正極板および負極板をセパレータを介して巻回
した発電要素を有する非水電解液二次電池において、正
極集電体には、負極容量に対応した正極活物質層を形成
するともに、正極集電体上に電池反応に関与する金属イ
オンを生成する金属を存在させて巻回した非水電解液二
次電池である。金属イオンがリチウムであり、正極集電
体上に存在させる金属が金属リチウムである前記の非水
電解液二次電池である。
正極活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体上に
形成した正極板および負極板をセパレータを介して巻回
した発電要素を有する非水電解液二次電池において、正
極集電体には、負極容量に対応した正極活物質層を形成
するともに、正極集電体上に電池反応に関与する金属イ
オンを生成する金属を存在させて巻回した非水電解液二
次電池である。金属イオンがリチウムであり、正極集電
体上に存在させる金属が金属リチウムである前記の非水
電解液二次電池である。
【００１４】正極集電体上に金属リチウムを複数個の領
域に分けて設けた前記の非水電解液二次電池である。正
極集電体上に設ける金属リチウムが、負極容量の３〜２
５％の容量に相当するものである前記の非水電解液二次
電池である。負極活物質が炭素質材料、正極活物質が遷
移金属複合金属酸化物である前記の非水電解液二次電池
である。正極活物質が、マンガン、コバルト、ニッケル
の一種または二種以上を構成要素とするリチウム含有複
合金属酸化物の少なくとも一種を含む前記の非水電解液
二次電池である。
域に分けて設けた前記の非水電解液二次電池である。正
極集電体上に設ける金属リチウムが、負極容量の３〜２
５％の容量に相当するものである前記の非水電解液二次
電池である。負極活物質が炭素質材料、正極活物質が遷
移金属複合金属酸化物である前記の非水電解液二次電池
である。正極活物質が、マンガン、コバルト、ニッケル
の一種または二種以上を構成要素とするリチウム含有複
合金属酸化物の少なくとも一種を含む前記の非水電解液
二次電池である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の非水電解液二次電池は、
金属イオンをドープおよび脱ドープする負極材料と、複
合金属酸化物を正極活物質とした電池において、初期充
電において、負極中にドープされて利用されない金属イ
オンを補給することによって電池の初期容量を維持する
ものである。
金属イオンをドープおよび脱ドープする負極材料と、複
合金属酸化物を正極活物質とした電池において、初期充
電において、負極中にドープされて利用されない金属イ
オンを補給することによって電池の初期容量を維持する
ものである。
【００１６】以下に図面を参照して本発明の非水電解液
電池を説明する。図１は、本発明の非水電解液電池の一
実施例を説明する一部を切り欠いた断面図である。ニッ
ケルめっき鋼から形成される電池缶１の上部に、防爆用
の安全装置２を備えた電極ヘッダ３を備えている。電極
ヘッダ３と電池缶１は、ガスケット４により封止されて
いる。第１の絶縁円盤５がガスケット４と電極ヘッダ３
のすぐ下に設けられている細径部６の直下に配置されて
いる。第２の絶縁円盤７が、電池缶１の底部に配置され
ている。正極板８と負極板９とをセパレータ１０を介し
て巻回した発電要素のジェリーロール１１が電池缶１内
に配置されている。正極板から延びる、正極タブ１２
は、電極ヘッダ３に導電接続されており、負極板９に接
続された負極タブ１３は、電池缶１に接続されている。
ジェリーロール１１の巻回は、正極板、セパレータ、負
極板、セパレータの順に重ねて巻回装置の芯に取り付け
て所定の回数の巻回を行っている。巻回の後にジェリー
ロールから芯を取り除くために、中央部には、空洞１４
が形成されている。
電池を説明する。図１は、本発明の非水電解液電池の一
実施例を説明する一部を切り欠いた断面図である。ニッ
ケルめっき鋼から形成される電池缶１の上部に、防爆用
の安全装置２を備えた電極ヘッダ３を備えている。電極
ヘッダ３と電池缶１は、ガスケット４により封止されて
いる。第１の絶縁円盤５がガスケット４と電極ヘッダ３
のすぐ下に設けられている細径部６の直下に配置されて
いる。第２の絶縁円盤７が、電池缶１の底部に配置され
ている。正極板８と負極板９とをセパレータ１０を介し
て巻回した発電要素のジェリーロール１１が電池缶１内
に配置されている。正極板から延びる、正極タブ１２
は、電極ヘッダ３に導電接続されており、負極板９に接
続された負極タブ１３は、電池缶１に接続されている。
ジェリーロール１１の巻回は、正極板、セパレータ、負
極板、セパレータの順に重ねて巻回装置の芯に取り付け
て所定の回数の巻回を行っている。巻回の後にジェリー
ロールから芯を取り除くために、中央部には、空洞１４
が形成されている。
【００１７】図５は、ジェリーロールを説明する図であ
り、巻回軸に垂直な面で切断した断面図であり、従来の
電池のジェリーロールを説明する図である。正極板８お
よび負極板９は、正極活物質を含有する組成物層および
負極材料含有組成物層を対向させてセパレータ１０を介
して巻回されており、正極集電体８ａ上の正極活物質層
を形成していない部分に正極タブ１２を接合し、また負
極集電体９ａ上の負極活物質層が形成されていない部分
に負極タブ１３が接合されている。
り、巻回軸に垂直な面で切断した断面図であり、従来の
電池のジェリーロールを説明する図である。正極板８お
よび負極板９は、正極活物質を含有する組成物層および
負極材料含有組成物層を対向させてセパレータ１０を介
して巻回されており、正極集電体８ａ上の正極活物質層
を形成していない部分に正極タブ１２を接合し、また負
極集電体９ａ上の負極活物質層が形成されていない部分
に負極タブ１３が接合されている。
【００１８】これに対して、本発明のリチウム電池は、
負極活物質層を形成した面に対向していない正極板上
に、正極活物質層あるいは金属リチウム層を設けた電池
である。
負極活物質層を形成した面に対向していない正極板上
に、正極活物質層あるいは金属リチウム層を設けた電池
である。
【００１９】図２は、本発明の一実施例の電池のジェリ
ーロールを説明する図である。図２（Ａ）は、正極板８
の巻はじめ部を負極板よりもずらして巻始めることによ
って、正極板に接するセパレータ１０の反対側には負極
板９が存在しない部分８ｂを設け、正極活物質層８ｃを
存在させたものであり、巻始め部の正極活物質層を形成
していない正極集電体８ａ上に、正極タブ１２を接続し
たものであり、負極板９には、負極タブ１３を接続した
ジェリーロール１１である。
ーロールを説明する図である。図２（Ａ）は、正極板８
の巻はじめ部を負極板よりもずらして巻始めることによ
って、正極板に接するセパレータ１０の反対側には負極
板９が存在しない部分８ｂを設け、正極活物質層８ｃを
存在させたものであり、巻始め部の正極活物質層を形成
していない正極集電体８ａ上に、正極タブ１２を接続し
たものであり、負極板９には、負極タブ１３を接続した
ジェリーロール１１である。
【００２０】また、図２（Ｂ）は、正極板８の巻はじめ
部を負極板よりもずらして巻始めるとともに、正極板に
接するセパレータの反対側には負極板が存在しない部分
８ｂを設け、正極板の一方の面のみに正極活物質層８ｃ
を存在させたものであり、巻始め部の正極活物質を含有
する組成物層を形成していない正極集電体８ａ上に、正
極タブ１２を接続したものである。
部を負極板よりもずらして巻始めるとともに、正極板に
接するセパレータの反対側には負極板が存在しない部分
８ｂを設け、正極板の一方の面のみに正極活物質層８ｃ
を存在させたものであり、巻始め部の正極活物質を含有
する組成物層を形成していない正極集電体８ａ上に、正
極タブ１２を接続したものである。
【００２１】図２（Ｃ）は、正極板８の巻始め部に、活
物質を含有する組成物層を形成していない正極タブ１２
の接続用の正極集電体８ａを設けるとともに、巻始め部
の負極板とセパレータを介して対向する面には、正極活
物質層を形成しない部分８ｄを設けたものであり、正極
板の正極活物質層を形成しない部分８ｄの裏面には、負
極容量に対応する量を超える正極活物質層８ｃを形成す
るしたものであり、図２（Ａ）あるいは図２（Ｂ）と同
様の効果を奏する。
物質を含有する組成物層を形成していない正極タブ１２
の接続用の正極集電体８ａを設けるとともに、巻始め部
の負極板とセパレータを介して対向する面には、正極活
物質層を形成しない部分８ｄを設けたものであり、正極
板の正極活物質層を形成しない部分８ｄの裏面には、負
極容量に対応する量を超える正極活物質層８ｃを形成す
るしたものであり、図２（Ａ）あるいは図２（Ｂ）と同
様の効果を奏する。
【００２２】また、図３は、本発明の他の実施例の電池
のジェリーロールを説明する図である。図３（Ａ）は、
正極板８の巻終わりの部分の正極集電体８ａの負極板９
に対向しない部分８ｂに、正極活物質層８ｃを存在させ
たものである。 図３（Ｂ）は、負極板に対応しない部
分の正極集電体８ａ上の一方の面のみに正極活物質層を
形成して巻回したものである。
のジェリーロールを説明する図である。図３（Ａ）は、
正極板８の巻終わりの部分の正極集電体８ａの負極板９
に対向しない部分８ｂに、正極活物質層８ｃを存在させ
たものである。 図３（Ｂ）は、負極板に対応しない部
分の正極集電体８ａ上の一方の面のみに正極活物質層を
形成して巻回したものである。
【００２３】また、図４は、本発明の他の実施例の電池
のジェリーロールを説明する図である。図４は、正極集
電体上に金属リチウムを存在させたものであり、図４
（Ａ）は、正極板の巻始め部の正極集電体８ａ上に金属
リチウム１５を存在させたものであり、図４（Ｂ）は、
正極集電体８ａの巻始め部と巻終わり部の両者に金属リ
チウムを存在させたものである。
のジェリーロールを説明する図である。図４は、正極集
電体上に金属リチウムを存在させたものであり、図４
（Ａ）は、正極板の巻始め部の正極集電体８ａ上に金属
リチウム１５を存在させたものであり、図４（Ｂ）は、
正極集電体８ａの巻始め部と巻終わり部の両者に金属リ
チウムを存在させたものである。
【００２４】本発明の非水電解液二次電池において、正
極活物質としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ
金属とコバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属から
なるリチウムイオンをドープおよび脱ドープする複合金
属酸化物を用いることができる。負極活物質としては、
リチウムイオンをドープおよび脱ドープするコークス、
グラファイト、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ、黒
鉛化炭素繊維、黒鉛前駆体炭素、非晶質炭素等の炭素質
材料、遷移金属複合酸化物等を用いることができる。
極活物質としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ
金属とコバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属から
なるリチウムイオンをドープおよび脱ドープする複合金
属酸化物を用いることができる。負極活物質としては、
リチウムイオンをドープおよび脱ドープするコークス、
グラファイト、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ、黒
鉛化炭素繊維、黒鉛前駆体炭素、非晶質炭素等の炭素質
材料、遷移金属複合酸化物等を用いることができる。
【００２５】本発明において、正極板上に設ける負極容
量に対応する量以上の正極活物質、あるいは金属リチウ
ム量は負極容量に対して３〜２５％の放電容量に相当す
る量であることがであることが好ましい。３％未満であ
るとサイクル容量維持の向上が認められず、２５％を超
えると充電時に負極上に金属リチウムの析出が顕著とな
るため安全性が好ましくない。また、負極容量に対応す
る量以上の正極活物質、あるいは金属リチウムは、一箇
所に配置する方法に限らず複数の箇所に配置しても良
い。
量に対応する量以上の正極活物質、あるいは金属リチウ
ム量は負極容量に対して３〜２５％の放電容量に相当す
る量であることがであることが好ましい。３％未満であ
るとサイクル容量維持の向上が認められず、２５％を超
えると充電時に負極上に金属リチウムの析出が顕著とな
るため安全性が好ましくない。また、負極容量に対応す
る量以上の正極活物質、あるいは金属リチウムは、一箇
所に配置する方法に限らず複数の箇所に配置しても良
い。
【００２６】
【作用】本発明になる非水電解液二次電池は、負極集電
体上にリチウムをドープおよび脱ドープする負極材料を
含有した負極活物質層を形成した負極板と、正極集電体
上にリチウム含有複合金属酸化物からなる正極活物質層
を形成した正極板とを巻回した発電要素を電池缶に収容
した電池において、正極集電体には、負極容量に対応し
た正極活物質層を形成するともに、負極容量に対応する
以上の量の正極活物質層を、正極板のセパレータを介し
て隣接する負極板に対向していない領域に存在させて巻
回するか、もしくは正極集電体上に金属リチウムを存在
させて巻回したので、初期充放電反応において、負極中
に取り込まれて容量に寄与しないリチウムを補うことに
より、容量容量低下率が少ない電池を提供することがで
きる。
体上にリチウムをドープおよび脱ドープする負極材料を
含有した負極活物質層を形成した負極板と、正極集電体
上にリチウム含有複合金属酸化物からなる正極活物質層
を形成した正極板とを巻回した発電要素を電池缶に収容
した電池において、正極集電体には、負極容量に対応し
た正極活物質層を形成するともに、負極容量に対応する
以上の量の正極活物質層を、正極板のセパレータを介し
て隣接する負極板に対向していない領域に存在させて巻
回するか、もしくは正極集電体上に金属リチウムを存在
させて巻回したので、初期充放電反応において、負極中
に取り込まれて容量に寄与しないリチウムを補うことに
より、容量容量低下率が少ない電池を提供することがで
きる。
【００２７】
【実施例】以下に実施例を示し本発明を説明する。 実施例１ メソフェーズ系炭素材料粉末を負極活物質の９０重量部
と結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０
重量部を混合し、負極合剤を調整した。そして、この負
極合剤をＮ−メチル２−ピロリドン溶剤に分散させて負
極合剤スラリーを得た。得られた負極合剤スラリーを負
極集電体となる厚さ１０μｍ、幅５７ｍｍ、長さ５３０
ｍｍの帯状銅箔の両面に塗布、乾燥させた後圧縮形成し
て合剤厚さを両面共に８０μｍとした帯状負極板を作製
した。
と結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０
重量部を混合し、負極合剤を調整した。そして、この負
極合剤をＮ−メチル２−ピロリドン溶剤に分散させて負
極合剤スラリーを得た。得られた負極合剤スラリーを負
極集電体となる厚さ１０μｍ、幅５７ｍｍ、長さ５３０
ｍｍの帯状銅箔の両面に塗布、乾燥させた後圧縮形成し
て合剤厚さを両面共に８０μｍとした帯状負極板を作製
した。
【００２８】炭酸リチウムと二酸化マンガンを混合し、
空気中、温度７８０℃で１２時間焼成して、ＬｉＭｎ2
Ｏ4を得た。このＬｉＭｎ2Ｏ4を正極活物質とし、これ
を９２重量部、導電剤としてグラファイト５重量部、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部を混合し、正
極合剤を調整した。そして、この正極合剤をＮ−メチル
２−ピロリドンを分散させて正極合剤スラリーにした。
空気中、温度７８０℃で１２時間焼成して、ＬｉＭｎ2
Ｏ4を得た。このＬｉＭｎ2Ｏ4を正極活物質とし、これ
を９２重量部、導電剤としてグラファイト５重量部、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部を混合し、正
極合剤を調整した。そして、この正極合剤をＮ−メチル
２−ピロリドンを分散させて正極合剤スラリーにした。
【００２９】この正極合剤スラリーを正極集電体となる
厚さ２５μｍの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗
布、乾燥させた後、圧縮形成して帯状正極を作製した。
なお、帯状正極は合剤厚さを両面共に１００μｍで同一
とし、幅を５５ｍｍ、長さを４８０ｍｍとした。以上の
ようにして作製した帯状負極板と帯状正極板を厚さ２５
μｍ、幅４１ｍｍを微多孔性ポリプロピレンフィルムよ
りなるセパレータ３を介して負極、セパレータ、正極、
セパレータの順に積層し、多数回巻回した。
厚さ２５μｍの帯状アルミニウム箔の両面に均一に塗
布、乾燥させた後、圧縮形成して帯状正極を作製した。
なお、帯状正極は合剤厚さを両面共に１００μｍで同一
とし、幅を５５ｍｍ、長さを４８０ｍｍとした。以上の
ようにして作製した帯状負極板と帯状正極板を厚さ２５
μｍ、幅４１ｍｍを微多孔性ポリプロピレンフィルムよ
りなるセパレータ３を介して負極、セパレータ、正極、
セパレータの順に積層し、多数回巻回した。
【００３０】図２（Ａ）に示すように、巻回始めにおい
て、正極板、負極板が対向する部分よりも巻始め側に正
極板のみを１０ｍｍ先に巻回した。このように巻芯に積
層体を巻回した後、最外周に位置するセパレータの最終
端部を幅１５ｍｍの粘着テープによってジェリーロール
に固定した。そして、巻芯をジェリーロールから抜き取
ることにより発電要素を作製した。
て、正極板、負極板が対向する部分よりも巻始め側に正
極板のみを１０ｍｍ先に巻回した。このように巻芯に積
層体を巻回した後、最外周に位置するセパレータの最終
端部を幅１５ｍｍの粘着テープによってジェリーロール
に固定した。そして、巻芯をジェリーロールから抜き取
ることにより発電要素を作製した。
【００３１】この発電要素をニッケルめっきが施された
軟鋼製電池缶に収納し、発電要素の上下両面に絶縁板を
配置した。次いで、正極集電体の端部に溶接された厚さ
０．１ｍｍ、幅３ｍｍのアルミニウム製正極タブを電池
蓋に、負極集電体の端部に溶接された厚さ０．１ｍｍ、
幅３ｍｍのニッケル製負極タブを電池缶に溶接し、エチ
レンカーボネート３０重量部とジエチルカーボネート７
０重量部の混合溶液中にＬｉＰＦ6 を１モル／ｌの割合
で溶解した電解液を注入し、電池蓋と電池缶をかしめに
より固定して、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非
水電解液二次電池を作製した。
軟鋼製電池缶に収納し、発電要素の上下両面に絶縁板を
配置した。次いで、正極集電体の端部に溶接された厚さ
０．１ｍｍ、幅３ｍｍのアルミニウム製正極タブを電池
蓋に、負極集電体の端部に溶接された厚さ０．１ｍｍ、
幅３ｍｍのニッケル製負極タブを電池缶に溶接し、エチ
レンカーボネート３０重量部とジエチルカーボネート７
０重量部の混合溶液中にＬｉＰＦ6 を１モル／ｌの割合
で溶解した電解液を注入し、電池蓋と電池缶をかしめに
より固定して、直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型非
水電解液二次電池を作製した。
【００３２】得られた電池を充電電流０．５Ａで定電流
充電を行い、電池電圧が４．２Ｖから定電圧充電に切り
替えて定電流充電開始からの総充電時間が２．５時間で
充電を終了した後、放電終止電圧３．０Ｖの条件で放電
を行う充放電サイクルを２００回繰り返し、容量変化を
測定し、その結果を図６に示した。
充電を行い、電池電圧が４．２Ｖから定電圧充電に切り
替えて定電流充電開始からの総充電時間が２．５時間で
充電を終了した後、放電終止電圧３．０Ｖの条件で放電
を行う充放電サイクルを２００回繰り返し、容量変化を
測定し、その結果を図６に示した。
【００３３】実施例２ 充放電容量が等しい正極板と負極板を対向させて巻始め
ると共に、負極容量に対して、５、１０、１５、２０、
２５および３０％の容量の金属リチウムを正極集電体上
に設けた点を除き実施例１と同様にリチウム電池を作製
して、実施例１と同様の条件で充放電を繰り返し、初期
充放電容量に対する２００サイクル目の充放電容量を容
量維持率として図７に示した。
ると共に、負極容量に対して、５、１０、１５、２０、
２５および３０％の容量の金属リチウムを正極集電体上
に設けた点を除き実施例１と同様にリチウム電池を作製
して、実施例１と同様の条件で充放電を繰り返し、初期
充放電容量に対する２００サイクル目の充放電容量を容
量維持率として図７に示した。
【００３４】比較例１ 正極板と負極板を等しい充放電容量とするとともに、正
極板と負極板が対向する箇所以外には正極活物質あるい
はリチウム金属を配置しないことを除き実施例１と同様
にしてリチウム電池を作製して、実施例１と同様に充放
電を繰り返し、充放電容量の変化を図６に示した。
極板と負極板が対向する箇所以外には正極活物質あるい
はリチウム金属を配置しないことを除き実施例１と同様
にしてリチウム電池を作製して、実施例１と同様に充放
電を繰り返し、充放電容量の変化を図６に示した。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の非水電解液二次電池では、渦巻電極群の対向する正
負極電極以外の正極集電体上に金属リチウムを備えた
り、あるいは渦巻電極群の対向する正負極電極以外に正
極部を配置することで、初期における放電容量の落ち込
みを落ち込みを抑えてサイクル特性を向上できる電池が
得られる。
明の非水電解液二次電池では、渦巻電極群の対向する正
負極電極以外の正極集電体上に金属リチウムを備えた
り、あるいは渦巻電極群の対向する正負極電極以外に正
極部を配置することで、初期における放電容量の落ち込
みを落ち込みを抑えてサイクル特性を向上できる電池が
得られる。
【図１】図１は、本発明の非水電解液電池の一実施例を
説明する一部を切り欠いた断面図である。
説明する一部を切り欠いた断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例の電池のジェリーロ
ールを説明する図である。
ールを説明する図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施例の電池のジェリー
ロールを説明する図である。
ロールを説明する図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施例の電池のジェリー
ロールを説明する図である。
ロールを説明する図である。
【図５】図５は、従来の電池のジェリーロールを説明す
る図である。
る図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１と比較例１の電池の
サイクル特性を示す特性図である。
サイクル特性を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２における電池の容量
維持率を示す特性図である。
維持率を示す特性図である。
１…電池缶、２…防爆用の安全装置、３…電極ヘッダ、
４…ガスケット、５…絶縁円盤、６…細径部、７…２の
絶縁円盤、８…正極板、８ａ…正極集電体、８ｂ…セパ
レータの反対側には負極板が存在しない部分、８ｃ…正
極活物質層、８ｄ…正極活物質層が存在しない部分、９
…負極板、１０…セパレータ、１１…ジェリーロール、
１２…正極タブ、１３…負極タブ、１４…空洞、１５…
金属リチウム
４…ガスケット、５…絶縁円盤、６…細径部、７…２の
絶縁円盤、８…正極板、８ａ…正極集電体、８ｂ…セパ
レータの反対側には負極板が存在しない部分、８ｃ…正
極活物質層、８ｄ…正極活物質層が存在しない部分、９
…負極板、１０…セパレータ、１１…ジェリーロール、
１２…正極タブ、１３…負極タブ、１４…空洞、１５…
金属リチウム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粂内 友一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H003 AA04 BB02 BB05 BC05 BD03 5H014 AA04 CC01 HH01 5H029 AJ05 AK03 AL06 BJ02 BJ14 DJ04 HJ01
Claims (9)
- 【請求項１】 金属イオンをドープ、脱ドープする正極
活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体上に形成
した正極板および負極板をセパレータを介して巻回した
発電要素を有する非水電解液二次電池において、正極集
電体には、負極容量に対応する正極活物質層を形成する
ともに、負極容量に対応する正極活物質層の量を超える
正極活物質層を、正極集電体がセパレータを介して対向
する隣接する負極板に対向していない領域の正極集電体
上に存在させて巻回したことを特徴とする非水電解液二
次電池。 - 【請求項２】 負極容量に対応する正極活物質層の量を
超える正極活物質層を複数個の領域に分けて設けたこと
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】 負極容量に対応する量以上の正極活物質
層が、負極容量の３〜２５％の容量に相当するものであ
ることを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載
の非水電解液二次電池。 - 【請求項４】 金属イオンをドープ、脱ドープする正極
活物質層および負極活物質層をそれぞれ集電体上に形成
した正極板および負極板をセパレータを介して巻回した
発電要素を有する非水電解液二次電池において、正極集
電体には、負極容量に対応した正極活物質層を形成する
ともに、正極集電体上に電池反応に関与する金属イオン
を生成する金属を存在させて巻回したことを特徴とする
非水電解液二次電池。 - 【請求項５】 金属イオンがリチウムであり、正極集電
体上に存在させる金属が金属リチウムであることを特徴
とする請求項４記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項６】 正極集電体上に金属リチウムを複数個の
領域に分けて設けたことを特徴とする請求項５記載の非
水電解液二次電池。 - 【請求項７】 正極集電体上に設ける金属リチウムが、
負極容量の３〜２５％の容量に相当するものであること
を特徴とする請求項５ないし６のいずれかに記載の非水
電解液二次電池。 - 【請求項８】 負極活物質が炭素質材料、正極活物質が
遷移金属複合金属酸化物であることを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項９】 正極活物質が、マンガン、コバルト、ニ
ッケルの一種または二種以上を構成要素とするリチウム
含有複合金属酸化物の少なくとも一種を含むことを特徴
とする請求項１ないし８のいずれかに記載の非水電解液
二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250065A JP3033563B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250065A JP3033563B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 非水電解液二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000082498A true JP2000082498A (ja) | 2000-03-21 |
| JP3033563B2 JP3033563B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=17202290
Family Applications (1)
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