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JP2000090937A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池

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JP2000090937A
JP2000090937A JP10259898A JP25989898A JP2000090937A JP 2000090937 A JP2000090937 A JP 2000090937A JP 10259898 A JP10259898 A JP 10259898A JP 25989898 A JP25989898 A JP 25989898A JP 2000090937 A JP2000090937 A JP 2000090937A
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JP
Japan
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negative electrode
copper foil
lithium
battery
plate
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JP10259898A
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Masaya Okochi
正也 大河内
Tatsuya Hashimoto
達也 橋本
Hide Koshina
秀 越名
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP2000090937A publication Critical patent/JP2000090937A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅箔の厚みを極端に薄くした場合も実使用上
問題のない機械的強度を有する銅箔を用いることにより
重量あたりのエネルギー密度が優れた非水電解質二次電
池を提供する。 【解決手段】 リチウムを吸蔵、放出することができる
炭素材の層を、厚みが12μm以下で、かつ鉄を0.0
20wt%以上含む銅箔上に形成した負極を用いる非水
電解質二次電池である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質二次電池
の、とくにその負極に用いる金属箔集電体に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、非水電解質二次電池としては、正
極活物質に遷移金属酸化物や硫化物、セレン化合物等の
カルコゲン化合物、例えば二酸化マンガンや二硫化モリ
ブデン、セレン化チタンなどを、負極として金属リチウ
ムシート、非水電解質としてリチウム塩の有機溶媒から
なる有機電解質を用いたいわゆるリチウム二次電池が高
電圧、高容量の高エネルギー密度を志向して検討されて
いる。
【0003】しかしながら、このリチウム二次電池は、
正極活物質には充放電特性が優れた層間化合物が選択で
きるが、負極の金属リチウムの充放電特性は必ずしも優
れておらず、長いサイクル寿命を確保することが難しか
った。
【0004】この電池の負極の金属リチウムは放電によ
り有機電解質中にリチウムイオンとして溶出する。充電
時には溶出したリチウムイオンは金属リチウムとして負
極表面上に析出するが、もとのように全て平滑に析出せ
ずに、樹枝状または苔状の活性な金属結晶として析出す
るものがある。このような活性な金属結晶は電解質中の
有機溶媒と反応し、それらの表面は不動態被膜で覆われ
て不活性化し、放電に寄与し難くなるので、充放電サイ
クルにつれて負極容量は低下する。そのため電池作製時
に負極容量を正極のそれより著しく大きくする必要があ
った。またこの活性なリチウム金属結晶はセパレータを
貫通して正極と接触し内部短絡し易い。この内部短絡に
よってセルが急激に発熱する場合があった。
【0005】そこで、負極材料として充放電により、リ
チウムイオンを吸蔵、放出する物質を用いるいわゆるリ
チウムイオン二次電池が提案され、世界的に活発に研究
開発され、すでに実用化されている。
【0006】このリチウムイオン二次電池は過充電しな
い限り、充電時に活性な金属リチウムの結晶が負極表面
に析出することはないので、安全性の向上が期待でき
る。
【0007】そして、前述したリチウム二次電池よりも
高率充放電特性とサイクル寿命が優れているので、近年
その需要は急速に伸張している。リチウムイオン二次電
池はリチウムが活物質であるので、リチウム二次電池の
1種ともいえるが、従来の金属リチウムを負極に用いる
リチウム二次電池とは区別されている。
【0008】リチウムイオン二次電池の正極活物質とし
てはLiCoO2やLiNiO2、LiMnO2、LiM
24などのリチウムと遷移金属の複合酸化物が、また
負極としては、充電することにより金属リチウムと電位
が近似している黒鉛などの炭素材が用いられている系が
多いが、一部にリチウムと遷移金属との複合酸化物を負
極に用いた低電圧作動の系もある。
【0009】リチウムイオン二次電池を充放電すれば、
正極活物質はリチウムイオンのディインターカレーショ
ンとインターカレーションを、また負極はリチウムイオ
ンのインターカレーションとディインターカレーション
を可逆的に繰り返すことができるので、サイクル寿命が
極めて長くなる。また高電圧、高容量なので高エネルギ
ー密度の電池が構成されている。
【0010】しかし、これらリチウムイオン二次電池
は、従来のリチウム二次電池と同様に、電導度が比較的
低い有機電解質を用いている。そこで活物質層または活
物質と導電材との混合層を集電体の金属箔上に薄く形成
した薄型の正極と負極と作製している。例えば正極集電
体として20μm程度のアルミニウム箔が、負極集電体
として同程度の厚みの銅箔が用いられている。これら正
極と負極とを薄い微孔性ポリオレフィン樹脂膜セパレー
タを介して対向させて電極群を構成し、正極と負極の対
向面積を大きくすることにより、実用的な高率充放電特
性を確保して、多くの用途への適合性を拡大している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】最近のリチウムイオン
二次電池には、一層の高エネルギー密度化かつ電池の軽
量化が要求されてきている。つまり電池の重量当たりの
エネルギー密度の向上が要求されている。この中で、負
極集電体として用いられている銅箔は良好な導電体では
あるが比重が大きく、電池の重量当たりのエネルギー密
度を減少させる構成材料であった。この問題を解決する
ためには、前記銅箔の厚みを薄くすることで原理的には
可能であるが、厚みを極端に薄くした場合、機械的強度
の問題から実使用が困難であった。
【0012】本発明は銅箔の厚みを極端に薄くした場合
も実使用上問題のない機械的強度を有する銅箔を用いる
ことにより重量あたりのエネルギー密度が優れた非水電
解質二次電池を提供するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明は、リチウム含有遷移金属
酸化物を正極に用い、リチウムを吸蔵、放出することが
できる炭素材を負極に用いた非水電解質二次電池におい
て、0.020wt%以上の鉄を含む銅箔を用いて構成
したものである。これによって、銅箔の厚みを12μm
以下にした場合でも、実使用上問題のない機械的強度を
保つことが可能となり電池の重量当たりのエネルギー密
度を向上させることができる。
【0014】本発明の、正極板および負極板をセパレー
タとともに渦巻状に巻回した極板群を収納した非水電解
質二次電池において、銅箔に含まれる鉄の量は0.02
0wt%以上であることが望ましく、それより含まれる
鉄の量が少ないと、銅箔の厚みを12μm以下まで薄く
した際に銅箔の機械的強度が低下するために銅箔が実使
用に耐えることができなくなる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1に本発明の効果を示すために試作
した円筒形電池の構造を示す。この電池の寸法は、直径
18mm、総高65mmである。
【0016】(実施例1)図1において正極板1は、コ
バルト酸リチウム(LiCoO2)を活物質とし、これ
に導電剤としてアセチレンブラックを3重量%混合した
後、結着剤としてポリ四フッ化エチレン樹脂の水性ディ
スパージョンを7重量%混合してペースト状とした合剤
を、厚み20μmのアルミニウム箔からなる芯材の両面
に塗着、乾燥し圧延した後、所定の大きさに切り出した
ものである。またその端部に正極リード片4をスポット
溶接している。
【0017】負極板2は、リチウムを吸蔵、放出可能な
人造黒鉛(平均粒径25μm)を主材料とし、結着剤と
して活物質に対して3重量%のスチレンブタジエンゴム
を混合した後、カルボキシメチルセルロース水溶液に懸
濁させてペースト状とした合剤を、鉄を0.020wt
%含む厚み12μmの銅箔からなる芯材の両面に塗着、
乾燥した後、ロールプレスを用いて圧延し、所定の大き
さに切り出したものである。またこの負極板の端部には
負極リード片5をスポット溶接している。
【0018】セパレータ3はポリプロピレンからなる多
孔性フィルムを、正極板1および負極板2よりも幅広く
裁断して用いた。
【0019】正極板1および負極板2を、セパレータを
介在させて全体を渦巻状に巻回して極板群を構成した。
【0020】次に、極板群の下側に下部絶縁リング6を
装着し、直径18mm,高さ65mmの電池ケース7に
収納して負極リード片5を電池ケース7にスポット溶接
した。また極板群の上側には上部絶縁リング8を装着
し、電池ケース7の上部に溝入れした後、非水電解質を
注入した。
【0021】電解質にはエチレンカーボネート(EC)
とエチルメチルカーボネート(EMC)を体積比で1:
3で混合し、1mol/lの六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6)を溶解させたものを用いた。あらかじめ
ガスケットが組み込まれた組立封口板9と正極リード片
4をスポット溶接した後、組立封口板9を電池ケース7
に装着し、本発明の電池Aとした。
【0022】(実施例2)負極集電体として、鉄を0.
020wt%含む厚み8μmの銅箔を用いたこと以外は
(実施例1)と同等な方法で電池を構成し本発明の電池
Bとした。
【0023】(実施例3)負極集電体して、鉄を0.0
30wt%含む厚み12μmの銅箔を用いたこと以外は
(実施例1)と同等な方法で電池を構成し本発明の電池
Cとした。
【0024】(比較例1)負極集電体として、鉄を0.
018wt%含む厚み14μmの銅箔を用いたこと以外
は(実施例1)と同等な方法で電池を構成し比較例の電
池Dとした。
【0025】(比較例2)負極集電体として、鉄を0.
010wt%含む厚み14μmの銅箔を用いたこと以外
は(実施例1)と同等な方法で電池を構成し比較例の電
池Eとした。
【0026】(比較例3)(実施例1)と同等な方法で
作製した負極ペーストを鉄を0.018wt%含む厚み
12μmの銅箔からなる負極集電体に塗着、乾燥した
後、ロールプレスにより圧延したが、この銅箔は圧延時
に破断した。
【0027】以上の実施例1〜3および比較例1〜2に
用いた銅箔の引張強度をJIS−C6511に準じ測定
した。
【0028】本発明の電池A,B,Cと比較例の電池D
を20℃で充電電圧4.2V、充電時間2時間、制限電
流1100mAの定電圧・定電流充電を行い、320m
Ahで、放電終始電圧が3.0Vになるまで定電流放電
試験を行った。
【0029】(表1)に銅箔に含まれる鉄の量と重量当
たりのエネルギー密度と銅箔の引張強度を示す。
【0030】
【表1】
【0031】(表1)より本発明の電池A,B,Cの重
量当たりのエネルギー密度を比較例の電池D,Eと比較
すると本発明の効果は明らかである。銅箔に0.018
wt%以上の鉄を含む銅箔を負極集電体として用いた電
池A,B,Cは銅箔の厚みを12μm以下にした場合で
も実使用に耐える機械的強度を有するので銅箔の厚みを
薄くすることが可能であり電池の重量当たりのエネルギ
ー密度を向上させることができる。ー方、比較例3に用
いた銅箔は圧延に耐えうる機械的強度を有しないために
実用には耐えがたい。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明の非水電解質二次
電池は0.020wt%以上の鉄を含む銅箔を用いて構
成したものであるので、銅箔の厚みを12μm以下にす
ることができ、電池の重量当たりのエネルギー密度を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の円筒形電池の断面図
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 3 セパレータ 4 正極リード片 5 負極リード片 6 下部絶縁リング 7 電池ケース 8 上部絶縁リング 9 組立封口板
フロントページの続き (72)発明者 越名 秀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H014 AA04 BB01 BB04 BB05 BB06 BB08 EE05 HH01 5H017 AA03 AS10 CC01 EE01 HH01 HH03 5H029 AJ01 AJ11 AK03 AL06 AM01 AM02 AM03 AM04 AM05 AM06 BJ02 BJ14 CJ02 CJ03 CJ04 CJ05 CJ07 CJ08 DJ07 EJ01 HJ01 HJ04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材を用
    いた層を金属箔集電体上に形成した負極を備え、前記集
    電体として厚みが12μm以下で、かつ鉄を0.020
    wt%以上含む銅箔を用いた非水電解質二次電池。
JP10259898A 1998-09-14 1998-09-14 非水電解質二次電池 Pending JP2000090937A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014065976A (ja) * 2011-08-05 2014-04-17 Furukawa Electric Co Ltd:The 二次電池負極集電体用圧延銅箔およびその製造方法
WO2018101048A1 (ja) * 2016-11-29 2018-06-07 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池

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