JPH09120813A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー密度を一層高めると共に電極体の
導電性を良くし負荷特性に優れたものを得ることを目的
とする。 【解決手段】 リチウム又はリチウムイオンをドープ、
脱ドープできる負極活物質を有する負極体２と、リチウ
ム複合酸化物より成る正極活物質を有する正極体１とを
セパレータ３を介して配するようにした非水電解液二次
電池において、この正極体１として、この正極活物質と
アルミニウム粉末又はアルミニウムペーストとを混合
し、アルミニウム成分だけを焼結したものを使用したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器等の電
源として利用されるリチウムイオン二次電池等の非水電
解液二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
ラップトップコンピュータ、ワープロ等の携帯情報機
器、カメラ一体型ＶＴＲ、液晶テレビ等のＡＶ機器や、
携帯電話等の移動体通信機器等の発展はめざましく、之
等の電源として用いられる電池に対して、小型、軽量、
高エネルギー密度の二次電池が要求される。

【０００３】従来は鉛電池、ニッケル・カドミウム電池
等の水溶液系二次電池が使用されてきたが、軽量化、高
エネルギー密度化等の要求に対して十分とは言えなかっ
た。

【０００４】最近、高エネルギー密度を有し、しかもク
リーンな電池としてリチウム二次電池に対し、大きな関
心と期待が持たれている。なかでも、リチウムイオンの
ドープ、脱ドープが可能な炭素材料を負極活物質とし、
リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物等の
リチウム複合酸化物を正極活物質としたリチウムイオン
二次電池の開発が近年、活発に行われている。

【０００５】このリチウムイオン二次電池は正極体及び
負極体の容量設計を最適化することにより、リチウム金
属を用いた電池系で見られるＬｉデンドライトの形成は
なく、サイクル特性、安全性に優れ、さらに低温特性、
負荷特性あるいは急速充電性にも優れており、大いに期
待が持たれていると共に、ラップトップコンピュータ、
ワープロ、カメラ一体型ＶＴＲ、液晶テレビ等のポータ
ブル機器用電源として実用化に至っている。

【０００６】最近、このリチウムイオン二次電池のエネ
ルギー密度を一層高めるために、焼結電極体の使用が考
えられている。しかし、リチウムコバルト酸化物、リチ
ウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を使用した
焼結電極体は導電性が非常に悪いため、高い負荷特性が
得られない不都合があった。

【０００７】本発明は斯る点に鑑み、エネルギー密度を
一層高めると共に電極体の導電性を良くし負荷特性に優
れたものを得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明非水電解液二次電
池はリチウム又はリチウムイオンをドープ、脱ドープで
きる負極活物質を有する負極体と、リチウム複合酸化物
より成る正極活物質を有する正極体とをセパレータを介
して配するようにした非水電解液二次電池において、こ
の正極体として、この正極活物質とアルミニウム粉末又
はアルミニウムペーストとを混合し、アルミニウム成分
だけを焼結したものを使用したものである。

【０００９】本発明によれば正極体のアルミニウム成分
だけを焼結しているので、正極体においてアルミニウム
の三次元ネットワークが形成され、正極活物質がこのア
ルミニウムの三次元ネットワークに担持されることにな
り、従来の導電剤とこの活物質との接着に用いられてき
たバインダーは必要でなく、この正極体の導電性が良く
なり、負荷特性の優れたものとなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明非水
電解液二次電池をコイン型リチウム二次電池に適用した
例につき説明する。

【００１１】本例においては、図１に示す如くディスク
状の正極体１とディスク状の負極体２とをセパレータ３
を介して対向して配したものをポリプロピレン等より成
るガスケット４により絶縁し、封止された正極缶５及び
負極カップ６より成るコイン型電池ケースに収納する如
くする。

【００１２】本例においては、実施例１の正極体１を次
のようにして作製する。実施例１の正極体１において
は、正極活物質としてリチウム複合酸化物例えばＬｉＣ
ｏＯ₂を使用し、この正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂ を
重量比で８４部、平均粒径が６．６５μｍの球状粉のア
ルミニウム粉末を１６部とを混合し、これを直径１５．
５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのディスク状に加圧成形し、
これを電気炉中でアルミニウムの融点６６０℃以下の温
度で焼結して、ディスク状の正極体１を得た。

【００１３】また、この負極体２としては所定厚さの金
属のリチウム板をディスク状に打ち抜いたものを使用す
る。この場合このリチウムが負極活物質を構成する。こ
の負極活物質としては炭素を使用しても良い。またセパ
レータ３としては例えば厚さ５０μｍの微多孔性のポリ
プロピレンを使用する。

【００１４】上述のディスク状の正極体１とディスク状
の負極体２とをセパレータ３を介して対向して配したも
のを、ポリプロピレン等より成るガスケット４を介して
絶縁し、カシメて封止されたステンレススチール等の正
極缶５及び負極カップ６より成るコイン型電池ケースに
収納するのに、前もって、この正極活物質とアルミニウ
ム粉末とを混合し、ディスク状に加圧成形したものをア
ルミニウムの融点以下で焼結したディスク状の正極体１
に非水電解液を真空含浸する如くする。

【００１５】この非水電解液としてはプロピレンカーボ
ネートとジメチルカーボネートとの等容量混合溶媒中に
ＬｉＰＦ₆ を１モル／ｌの割合で溶解したものを使用す
る。

【００１６】また、このディスク状の正極体１は正極缶
５に圧着する如くすると共にこのディスク状のリチウム
より成る負極体２を負極カップ６に圧着する如くする。
またセパレータ３の外周を全周に亘ってガスケット４と
負極カップ６の内側とで挟んで固定する如くする。

【００１７】この実施例１の正極体１の表面抵抗値は表
１に示す如く３３０ｍΩであり比較的小さかった。この
表面抵抗測定回路としては図２に示す如きものを使用し
た。

【００１８】この図２につき説明するに、１０ａ及び１
０ｂは直流電圧が供給される正端子及び負端子を示し、
この正端子１０ａを抵抗計Ｍを介して試料Ｓの表面に配
された主電極Ａに接続し、この試料Ｓの表面に配された
対電極Ｂを負端子１０ｂに接続し、表面抵抗を測定す
る。この図２においては、正端子１０ａを試料Ｓの裏面
に配したガード電極Ｇに接続すると共に正端子１０ａ及
び負端子１０ｂ間に電圧計Ｖを配してある。

【００１９】

【表１】

【００２０】また、この実施例１のコイン型リチウム二
次電池を１ｍＡ／ｃｅｌｌの電流で端子電圧４．２Ｖま
で充電し、その後、１ｍＡ／ｃｅｌｌ，３ｍＡ／ｃｅｌ
ｌ，５ｍＡ／ｃｅｌｌ及び９ｍＡ／ｃｅｌｌで、端子電
圧が３．３Ｖを示すまで夫々放電したときのこの実施例
１の電池の放電容量（正極活物質の１ｇ当たりの容量）
は表２に示す如く、１３７．０ｍＡｈ／ｇ，１２５ｍＡ
ｈ／ｇ，１１５ｍＡｈ／ｇ及び９５．０ｍＡｈ／ｇと比
較的良好であった。

【００２１】

【表２】

【００２２】表１，表２の実施例２の正極体１は次のよ
うに作製した。正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂ を使用
し、この正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂ を重量比で９４
部と、アルミニウムペーストを９部とを混合してＮ−メ
チルピロリドンに分散し、スラリー状とし、これを１２
０℃、１時間、乾燥し、その後、乳鉢で微粉末したもの
を、直径１５．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのディスク状
に加圧成形し、これを電気炉中でアルミニウムの融点６
６０℃以下の温度で焼結して、ディスク状の正極体１を
得た。

【００２３】本例で使用したアルミニウムペーストは、
このアルミニウムの形状は鱗片状、平均粒径１５μｍ、
厚さ０．１μｍである。このアルミニウムペーストの１
／３は焼結時に揮発する成分である。

【００２４】この実施例２においては、正極体１の他は
実施例と同様に構成して、コイン型リチウム二次電池を
得た。

【００２５】この実施例２の正極体１の表面抵抗値は、
図２に示す如き表面抵抗測定回路で測定し、表１に示す
如く１５０ｍΩであり、非常に小さい表面抵抗値であっ
た。

【００２６】またこの実施例２のコイン型リチウム二次
電池を１ｍＡ／ｃｅｌｌの電流で端子電圧４．２Ｖまで
充電し、その後、１ｍＡ／ｃｅｌｌ，３ｍＡ／ｃｅｌ
ｌ，５ｍＡ／ｃｅｌｌ及び９ｍＡ／ｃｅｌｌで、端子電
圧が３．３Ｖを示すまで、夫々放電したときの、この実
施例２の電池の放電容量は表２に示す如く、１３７．６
ｍＡｈ／ｇ，１２７．６ｍＡｈ／ｇ，１１６．５ｍＡｈ
／ｇ及び１０６．０ｍＡｈ／ｇと比較的良好であった。

【００２７】また、表１、表２の比較例（従来例）の正
極体１は、正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂ を使用し、こ
のＬｉＣｏＯ₂ を重量比で９１部、導電剤である炭素を
６部、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを３部とを混
合し、この混合物をＮ−メチルピロリドンに分散してス
ラリー状とし、これを１２０℃、１時間、乾燥し、その
後、乳鉢で微粉末として正極合剤とし、この正極合剤と
アルミニウムメッシュより成る集電体とを直径１５．５
ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのディスク状に加圧成形したも
のを使用する。

【００２８】この比較例においては正極体１の他は実施
例１と同様に構成して、コイン型リチウム二次電池を得
た。

【００２９】この比較例の正極体１の表面抵抗値は表１
に示す如く、１１３Ωであった。

【００３０】この表１から明らかな如く比較例（従来
例）に比較し、実施例１及び２が表面抵抗値が大幅に小
さくなっている。従来例である比較例の表面抵抗値が大
きいのは結着剤として絶縁体であるポリフッ化ビニリデ
ンが存在すること、更には導電剤の炭素の導電性がアル
ミニウムに比べ劣ることなどが理由としてあげられる。

【００３１】実施例１及び２においては、正極体１のア
ルミニウム成分だけを焼結しているので、この正極体１
において、アルミニウムの三次元ネットワークが形成さ
れ、正極活物質である平均粒径が２３．８μｍのＬｉＣ
ｏＯ₂ がアルミニウムの三次元ネットワークに担持され
ることにより、従来例に比較し、この表面抵抗値が小さ
くなるものである。

【００３２】またこの比較例のコイン型リチウム二次電
池を１ｍＡ／ｃｅｌｌの電流で端子電圧４．２Ｖまで充
電し、その後、１ｍＡ／ｃｅｌｌ，３ｍＡ／ｃｅｌｌ，
５ｍＡ／ｃｅｌｌ及び９ｍＡ／ｃｅｌｌで端子電圧が
３．０Ｖを示すまで、夫々放電したときの放電容量は表
２に示す如く１３６．０ｍＡｈ／ｇ，１２４．０ｍＡｈ
／ｇ，１１４．７ｍＡｈ／ｇ及び９０．９ｍＡｈ／ｇで
あった。

【００３３】この表２から明らかな如く、実施例１及び
２の放電容量は比較例に比べて高負荷の放電容量が向上
していることがわかる。実施例１及び２の電池で、この
ように高い負荷特性が得られたのはアルミニウム粉末又
は鱗片状のアルミニウムペーストを正極活物質と混合
し、このアルミニウム成分を焼結した正極体を使用した
ことによる。

【００３４】以上述べた如く、本例によれば正極活物質
とアルミニウム粉末又はアルミニウムペーストと混合
し、このアルミニウム成分のみを焼結した正極体１を使
用したので、導電性及び負荷特性の優れたリチウム二次
電池を得ることができる利益がある。

【００３５】尚上述実施例においては本発明をコイン型
リチウム二次電池に使用した例につき述べたが、本発明
をその他の非水電解液二次電池に適用できることは容易
に理解できよう。

【００３６】また、本発明は上述実施例に限らず本発明
の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得
ることは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば正極活物質とアルミニウ
ム粉末又はアルミニウムペーストと混合し、このアルミ
ニウム成分のみを焼結した正極体を使用したので導電性
及び負荷特性の優れた非水電解液二次電池を得ることが
できる利益がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するコイン型リチウム二次電池の
例を示す断面図である。

【図２】面抵抗測定回路の例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 正極体 ２ 負極体 ３ セパレータ ４ ガスケット ５ 正極缶 ６ 負極カップ

フロントページの続き (72)発明者 井上 嘉人 福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地 の１ 株式会社ソニー・エナジー・テック 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウム又はリチウムイオンをドープ、
   脱ドープできる負極活物質を有する負極体とリチウム複
   合酸化物より成る正極活物質を有する正極体とをセパレ
   ータを介して配するようにした非水電解液二次電池にお
   いて、前記正極体として前記正極活物質とアルミニウム
   粉末又はアルミニウムペーストとを混合し、アルミニウ
   ム成分だけを焼結したものを使用したことを特徴とする
   非水電解液二次電池。