(57)【要約】【課題】リチウムイオン電池中の短絡を防止すること。【解決手段】本発明は、リチウムイオン電池中の短絡の防止方法に関する。この電池は、層間化合物でできているアノードと、層間化合物でできているカソードと、２５μｍ以下の厚さを有しアノードとカソードとの間に挟まれているセパレータとを有する。本発明の方法は、カソードの縁端部分を丸めるまたは面取りするステップを含み、それによって、充電中、アノードおよびカソードが膨張してセパレータを圧迫するときに、カソードの丸められたまたは面取りされた縁端部分がセパレータを切断できなくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間化合物からできているアノードと、層間化合物からできているカソードと、２５μｍ以下の厚さを有し前記アノードと前記カソードとの間に挟まれているセパレータとを有するリチウムイオン電池の短絡の防止方法であって、前記カソードの縁端部分を丸めるまたは面取りするステップを含み、それによって、充電中、前記アノードおよびカソードが膨張して前記セパレータを圧迫するときに、前記カソードの丸められたまたは面取りされた縁端部分が前記セパレータを切断できなくなる方法。
【請求項２】
前記カソード層間化合物が金属酸化物である請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池のカソードを丸めるまたは面取りすることによるリチウムイオン電池中の短絡防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
短絡は、リチウムイオン電池においてよく知られている問題である。短絡は、アノードとカソードとが物理的に接触すると発生する。アノードとカソードとの間にあるセパレータは、これらが接触しないよう維持している。しかしセパレータは破壊されることがある。これは、セルの損傷（例えば破砕または穴あき）、製造中の損傷（すなわちセパレータの穴あき）、樹枝状結晶の成長によって、または充電中に発生し得る。充電中のセパレータの破壊の防止が本発明の焦点である。
【０００３】
充電中、アノードである層間化合物（大部分は炭素系化合物（例えば、コークスおよび／または黒鉛）であるが、金属酸化物（例えば、ＷＯ2、ＭｏＯ2、ＴｉＳ2）の場合もある）は、カソードである層間化合物（大部分は金属酸化物（例えば、ＭｏＯ2、ＭｎＯ2、ＴｉＳ2、ＮｂＳｅ3、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎＯ4））から遊離するＬｉイオンを受け取る。これらのリチウムイオンは、各層間化合物の分子によって形成される間隙中に維持される。これらのイオンをアノードが受け取ると、アノードは膨張する。アノードは６〜１０体積％膨張することができる。イオンをカソードが放出すると、カソードが膨張する。カソードが膨張するのは、金属酸化物の場合、次の面内の金属酸化物の酸素原子の上に積み重なっている金属酸化物の酸素原子（負に帯電）によって間隙が形成されるためである。リチウムイオン（正に耐電）がこれらの面の間に入ると、これらが面を互いに引き寄せる傾向にある。そのため、リチウムイオンがカソードから離れると、カソードが膨張する。カソードは最大３体積％膨張することができる。
【０００４】
充電中にアノードおよびカソードが膨張することによって、アノードとカソードとの間でセパレータが圧迫される。
【０００５】
円筒形または角柱型の典型的なリチウムイオン電池においては、アノード、セパレータ、およびカソードが、アノードテープ、セパレータテープ、およびカソードテープが共に巻き付けられるか折りたたまれるかすることによって組み立てられる。セパレータが最も幅の広いテープであり、続いてアノードであり、カソードテープが最も幅が狭い。例えば、セパレータテープは幅６０ｍｍ、アノードは５９ｍｍ、カソードは５８ｍｍとなることができる。さらに、セパレータは非常に薄く、通常は約１ミル（２５μｍ）である。図１を参照すると、従来技術のセル１０が、アノード１２、セパレータ１４、およびカソード１６の積層体として示されている。充電中、アノードおよびカソードが膨張すると、カソード１２が、位置１８でセパレータ１４を突き破る可能性がある。位置１８において、アノード１２とカソード１６とが接触して、短絡を引き起こす可能性がある。
【非特許文献１】Ｌｉｎｄｅｎ，Ｄ．，Ｅｄｉｔｏｒ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ，１９９５
【非特許文献２】Ｂｅｓｅｎｈａｒｄ，Ｊ．Ｏ．，Ｅｄｉｔｏｒ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，（１９９９）
【０００６】
上記のような短絡の発生を防止する必要がある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、リチウムイオン電池の短絡を防止する方法に関する。電池は、層間化合物からできているアノードと、層間化合物からできているカソードと、２５μｍ以下の厚さを有しアノードとカソードとの間に挟まれているセパレータとを有する。本発明の方法は、カソードの縁端部分を丸めるまたは面取りするステップを含み、それによって、充電中、アノードおよびカソードが膨張してセパレータを圧迫するときに、カソードの丸められたまたは面取りされた縁端部分がセパレータを切断できなくなる。
【０００８】
本発明を説明する目的で、現在好ましい形態である図面を示すが、図示される厳密な配置および手段に本発明が限定されるものではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
同様の番号が同様の要素を表している図面を参照すると、図１には従来技術のセル１０が示されている。
【００１０】
セル１０は、円筒形または角柱型のいずれかである従来のリチウムイオンセルである。アノードは、リチオ化された層間化合物（大部分は炭素系化合物（例えば、コークスおよび／または黒鉛）であるが、金属酸化物（例えば、ＷＯ2、ＭｏＯ2、ＴｉＳ2）の場合もある）である。好ましくは、アノードはリチオ化されたコークスまたは黒鉛の化合物である。セパレータは、約１ミル（２５μｍ）以下の厚さを有することが好ましい微孔質ポリオレフィン膜である。セパレータは、ポリオレフィン（例えばポリエチレン（ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＵＨＭＷＰＥ、およびそれらの組み合わせ）でできている単層膜であってもよいし、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン（低密度ポリプロピレン（ＬＤＰＥ）、線状低密度ポリプロピレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリプロピレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＥ）、およびそれらの組み合わせ）、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物）でできている多層膜であってもよい。カソードは、リチオ化された層間化合物（大部分は金属酸化物（例えば、ＭｏＯ2、ＭｎＯ2、ＴｉＳ2、ＮｂＳｅ3、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎＯ4））である。好ましくはカソードは、リチオ化されたＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、またはＬｉＭｎＯ4の化合物である。以上のそれぞれは従来通りのものである。例えば、非特許文献１、および非特許文献２を参照することができ、両方の記載内容を本明細書に組み込む。
【００１１】
セル１０は、アノードと、セパレータと、カソードとの積層体である。アノード１２はセパレータ１４の上にある。セパレータ１４はアノード１２より幅が広い。セパレータ１４はカソード１６の上にある。カソード１６は、アノード１２およびセパレータ１６のいずれよりも幅が狭い。カソード１６は角張った縁端部を有する。充電中にアノード１２およびカソード１６の膨張が起こるとき（図面中では、膨張は垂直方向に発生する）、位置１８における圧力によってセパレータ１４の切断が発生し得る。
【００１２】
図２および３では、本発明が示されている。図２のセル１０’において、カソード１６’は丸められた縁端部を有する。図３のセル１０”において、カソード１６”は面取りされた縁端部を有する。充電中にアノード１２およびカソード１６の膨張が起こるとき、角張った縁端部がなくなったため、セパレータの切断は最小限となるかまたは起こらなくなる。
【００１３】
本発明は、本発明の意図および実質的な特性から逸脱しない他の形態で具体化することができ、したがって、以上の明細書よりも添付の請求項を、本発明の範囲が示されているとして参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術のセルの概略図である。
【図２】本発明により作製されたセルの概略図である。
【図３】本発明により作製されたセルの概略図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  セル
１２  アノード
１４  セパレータ
１６  カソード
１８  位置
１０’  セル
１６’  カソード
１０”  セル
１６”  カソード
【図１】
2005268212.tif 000003
【図２】
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【図３】
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