(57)【要約】【課題】本発明は、デンドライトの析出を抑制でき、電池容量の向上を図ることができるコイン型リチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。【解決手段】本発明は、ケース缶と、上記ケース缶の内側底部に配置された負極と、上記負極上に配置されたセパレータと、上記セパレータ上に配置された正極と、上記正極上に配置され、上記ケース缶より径が小さく、かつ、上記ケース缶と嵌合するキャップ缶と、を有し、上記負極が上記セパレータに接する面積が、上記正極が上記セパレータに接する面積よりも大きいことを特徴とするコイン型リチウム二次電池を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース缶と、前記ケース缶の内側底部に配置された負極と、前記負極上に配置されたセパレータと、前記セパレータ上に配置された正極と、前記正極上に配置され、前記ケース缶より径が小さく、かつ、前記ケース缶と嵌合するキャップ缶と、を有し、
前記負極が前記セパレータに接する面積が、前記正極が前記セパレータに接する面積よりも大きいことを特徴とするコイン型リチウム二次電池。
【請求項２】
前記負極が前記セパレータに接する面積を１とした場合に、前記正極が前記セパレータに接する面積が、０．７〜０．９の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のコイン型リチウム二次電池。
【請求項３】
前記負極が、前記ケース缶の内側底部の全面と接触し、さらに前記セパレータ上にパッキンが配置され、前記正極が、前記パッキンで囲まれた前記セパレータの領域の全面と接触していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイン型リチウム二次電池。
【請求項４】
前記正極と前記キャップ缶との間にスペーサが配置され、前記スペーサの径が、前記正極の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載のコイン型リチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デンドライトの析出を抑制でき、電池容量の向上を図ることができるコイン型リチウム二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コイン型リチウムイオン電池は、電池ケースとして用いられるケース缶およびキャップ缶の中に、正極と負極とをセパレータを介して積層した電極体と、電解質を有機溶媒に溶解した電解液と、を有するものである。このようなコイン型リチウムイオン電池は、小型化が可能で、エネルギー密度が高いという理由から、情報関連機器、通信機器の分野等で広く利用されている。
【０００３】
現在、市販されているコイン型リチウムイオン電池の多くは、負極に金属Ｌｉを用いた一次電池である。しかしながら、近年の環境問題への関心の高まり等から、繰り返し充放電可能なコイン型リチウム二次電池の開発が進められている。例えば特許文献１においては、炭素繊維および炭素粒子の混合物を主体とする炭素質材料を用いたコイン型リチウム二次電池が開示されている。また、特許文献２〜５においても、種々のリチウム二次電池が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献に記載されたリチウム二次電池はいずれも、ケース缶側に正極が配置され、ケース缶よりも径の小さいキャップ缶側に負極が配置された構造を有している。そのため、以下のような問題があった。すなわち、通常リチウム二次電池においては、デンドライト析出防止を目的として、負極を正極よりも大きくする必要があるが、上述したように、ケース缶の径がキャップ缶の径よりも大きいため、径の大きなケース缶側に、負極よりも小さな正極を配置しなければならず、正極周辺に無駄なスペースが発生するという問題があった。
【特許文献１】特許３４１０２９１号公報
【特許文献２】実開平２−１５０７６０号公報
【特許文献３】実開平３−１１９９５６号公報
【特許文献４】特開平４−１０４４５９号公報
【特許文献５】特開２００１−１３５３１４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、デンドライトの析出を抑制でき、電池容量の向上を図ることができるコイン型リチウム二次電池を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明においては、ケース缶と、上記ケース缶の内側底部に配置された負極と、上記負極上に配置されたセパレータと、上記セパレータ上に配置された正極と、上記正極上に配置され、上記ケース缶より径が小さく、かつ、上記ケース缶と嵌合するキャップ缶と、を有し、上記負極が上記セパレータに接する面積が、上記正極が上記セパレータに接する面積よりも大きいことを特徴とするコイン型リチウム二次電池を提供する。
【０００７】
本発明によれば、負極がセパレータに接する面積が、正極がセパレータに接する面積よりも大きいことから、デンドライトの析出を抑制することができる。さらに、ケース缶側に負極が配置され、ケース缶よりも径の小さいキャップ缶側に正極が配置されていることから、負極および正極を最大限に広く形成することができ、電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができる。
【０００８】
上記発明においては、上記負極が上記セパレータに接する面積を１とした場合に、上記正極が上記セパレータに接する面積が、０．７〜０．９の範囲内であることが好ましい。デンドライト析出を効果的に抑制することができるからである。
【０００９】
上記発明においては、上記負極が、上記ケース缶の内側底部の全面と接触し、さらに上記セパレータ上にパッキンが配置され、上記正極が、上記パッキンで囲まれた上記セパレータの領域の全面と接触していることが好ましい。負極および正極の大きさを最大限に大きくすることで、電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができるからである。
【００１０】
上記発明においては、上記正極と上記キャップ缶との間にスペーサが配置され、上記スペーサの径が、上記正極の径よりも大きいことが好ましい。電極体を均一に加圧することができるからである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のコイン型リチウム二次電池は、デンドライト析出の抑制および電池容量の向上を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のコイン型リチウム二次電池について詳細に説明する。
【００１３】
本発明のコイン型リチウム二次電池は、ケース缶と、上記ケース缶の内側底部に配置された負極と、上記負極上に配置されたセパレータと、上記セパレータ上に配置された正極と、上記正極上に配置され、上記ケース缶より径が小さく、かつ、上記ケース缶と嵌合するキャップ缶と、を有し、上記負極が上記セパレータに接する面積が、上記正極が上記セパレータに接する面積よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、負極がセパレータに接する面積が、正極がセパレータに接する面積よりも大きいことから、デンドライトの析出を抑制することができる。さらに、ケース缶側に負極が配置され、ケース缶よりも径の小さいキャップ缶側に正極が配置されていることから、負極および正極を最大限に広く形成することができ、電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができる。なお、従来のコイン型リチウム二次電池においては、ケース缶側に正極が配置され、キャップ缶側に負極が配置されていたことから、上述したように、正極周辺に無駄なスペースが発生する場合があったが、本発明においては、従来のコイン型リチウム二次電池の正極および負極の位置を逆転させることにより、負極および正極を最大限に広く形成することができ、デンドライトの析出を抑制することができ、正極周辺に無駄なスペースが発生することを防止できる。
【００１５】
次に、本発明のコイン型リチウム二次電池について図面を用いて説明する。図１は、本発明のコイン型リチウム二次電池の一例を示す説明図である。なお、便宜上、嵌合前のコイン型リチウム二次電池を示す。図１に示されるコイン型リチウム二次電池は、ケース缶１と、ケース缶１の内側底部に配置され、負極集電体２および負極層３を有する負極４と、負極４上に配置されたセパレータ５と、セパレータ５上に配置され、正極層６および正極集電体７を有する正極８と、正極８上に配置され、ケース缶１より径が小さく、かつ、ケース缶１と嵌合するキャップ缶９と、を有するものである。さらに図１に示されるコイン型リチウム二次電池には、セパレータ５上にパッキン１０が配置されており、正極８とキャップ缶９との間にスペーサ１１およびウェーブワッシャ１２が配置されている。また、本発明においては、負極４がセパレータ５に接する面積が、正極８がセパレータ５に接する面積よりも大きいことを特徴とする。
以下、本発明のコイン型リチウム二次電池について、その構成とその部材とに分けて説明する。
【００１６】
１．コイン型リチウム二次電池の構成
まず、本発明のコイン型リチウム二次電池の構成について説明する。本発明においては、ケース缶と、そのケース缶より径の小さいキャップ缶とが用いられる。さらにケース缶の内側底部に負極が配置され、セパレータを介して、キャップ缶側に正極が配置される。従来のコイン型リチウム二次電池の正極および負極の位置を逆転させることにより、上述したように、正極周辺に無駄なスペースが発生することを防止すること等ができる。
【００１７】
また、本発明においては、負極がセパレータに接する面積が、正極がセパレータに接する面積よりも大きいことを特徴とする。負極がセパレータに接する面積と、正極がセパレータに接する面積との比率としては、特に限定されるものではないが、例えば、負極がセパレータに接する面積を１とした場合に、正極がセパレータに接する面積が、０．７〜０．９の範囲内であることが好ましい。デンドライト析出を効果的に抑制することができるからである。
【００１８】
本発明に用いられる負極は、ケース缶の内側底部に配置されるものである。上記負極がケース缶内の内側底部に配置される領域としては、正極よりも大きな面積でセパレータに接触できる領域であれば特に限定されるものではない。本発明においては、上記負極が、上記ケース缶の内側底部の９５％以上の領域、中でも９９％以上の領域と接触していることが好ましく、特に、上記負極が、上記ケース缶の内側底部の全面と接触していることが好ましい。電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができるからである。
【００１９】
上記負極の厚みとしては、特に限定されるものではないが、嵌合前の状態で例えば３０μｍ〜６０μｍの範囲内、中でも４０μｍ〜４５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に用いられる正極は、後述するセパレータ上に配置されるものである。上記正極がセパレータ上に配置される領域としては、負極よりも小さな面積でセパレータに接触できる領域であれば特に限定されるものではない。なお、通常、セパレータ上にパッキンが配置される。そのため、本発明においては、上記正極が、上記パッキンで囲まれた上記セパレータの領域の９５％以上の領域、中でも９９％以上の領域と接触していることが好ましく、特に、上記正極が、上記パッキンで囲まれた上記セパレータの領域の全面と接触していることが好ましい。電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができるからである。
【００２１】
上記正極の厚みとしては、特に限定されるものではないが、嵌合前の状態で例えば３０μｍ〜６０μｍの範囲内、中でも４０μｍ〜４５μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２２】
特に本発明においては、上記負極が、上記ケース缶の内側底部の全面と接触し、さらに上記セパレータ上にパッキンが配置され、上記正極が、上記パッキンで囲まれた上記セパレータの領域の全面と接触していることが好ましい。負極および正極の大きさを最大限に大きくすることで、電池容量に優れたコイン型リチウム二次電池を得ることができるからである。
【００２３】
また、本発明においては、通常、上記正極と上記キャップ缶との間にスペーサが配置される。上記スペーサの径としては、電極体を適度に加圧することができれば特に限定されるものではない。中でも、本発明においては、上記スペーサの径が、上記正極の径よりも大きいことが好ましい。電極体を均一に加圧することができるからである。具体的には、上記スペーサの径が、上記正極の径よりも２％〜３％の範囲内で大きいことが好ましい。例えば、正極の径がφ１６ｍｍの場合は、スペーサの径としてφ１６．２ｍｍ程度のものを使用することにより、良好な加圧状態を得ることができる。
【００２４】
２．コイン型リチウム二次電池の部材
次に、本発明のコイン型リチウム二次電池の部材について説明する。本発明のコイン型リチウム二次電池は、少なくとも、ケース缶、キャップ缶、負極、スペーサおよび正極を有する。さらに、通常、スペーサ、ウェーブワッシャ、パッキンおよび電解液等が用いられる。これらの部材については、一般的なコイン型リチウム二次電池に用いられる部材と同様の部材を用いることができる。
【００２５】
上記ケース缶およびキャップ缶としては、一般的なコイン型リチウム二次電池の電池ケースを用いることができ、特に限定されるものではない。また、本発明のコイン型リチウム二次電池は、単純なコイン型リチウム二次電池だけに限られず、表面に凸部を有するボタン型リチウム二次電池をも含むものである。
【００２６】
上記負極は、通常、負極活物質を含有する負極層と、負極集電体とを有する。上記負極活物質としては、例えば、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛等の炭素粒子、スズ化合物等の金属粒子、および導電性ポリマー等を挙げることができる。また、上記負極集電体としては、例えば銅、ニッケル等の金属を板状に加工した箔等を挙げることができる。
【００２７】
上記負極の形成方法としては、例えば、負極活物質、導電剤および結着剤を含有する組成物を、負極集電体上に塗布し、乾燥後、打抜きを行い、プレス機で加圧する方法等を挙げることができる。また、別の方法としては、負極活物質、導電剤および結着剤を含有する組成物を加圧成形することにより、ペレット状の負極層を形成し、コイン型リチウム二次電池を作製する際に、その負極層と負極集電体とを加圧する方法等を挙げることができる。
【００２８】
一方、上記正極は、通常、正極活物質を含有する正極層と、正極集電体とを有する。上記正極活物質としては、例えばＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ４、ＬｉＮｉＯ２およびＬｉＦｅＰＯ４等を挙げることができる。また、上記正極集電体としては、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属を板状に加工した箔等を挙げることができる。なお、上記正極は、上述した負極と同様の方法で形成することができる。
【００２９】
上記セパレータとしては、正極と負極とを分離し、電解液を保持する機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜等を挙げることができる。
【００３０】
また上記電解液は、通常、電解質を有機溶媒に溶解してなるものである。上記電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４およびＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩；およびＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、等の有機リチウム塩等を挙げることができる。また、上記有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシメタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネート等を挙げることができる。
【００３１】
本発明のコイン型リチウム二次電池の製造方法については、一般的なコイン型リチウム二次電池の製造方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
【００３４】
［実施例］
【００３５】
（正極の作製）
正極活物質としてリチウムニッケル酸化物、導電剤としてアセチレンブラック、結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを用意し、正極活物質、導電剤および結着剤を重量比８５：１０：５で混合し、二軸撹拌機にて１時間撹拌した。このようにして得られたペーストをコータにて、正極集電体であるアルミ箔上に片面塗布した。次に、正極集電体であるアルミ箔上に目付量６．５１ｍｇ／ｃｍ２で片面塗布した。乾燥後、φ１６ｍｍに打抜き、その後、ロールプレス機に通し、線圧７４０ｋｇ／ｃｍの荷重をかけることにより、電極密度２．２０ｇ／ｃｍ３の正極を得た。
【００３６】
（負極の作製）
負極活物質として鱗片状グラファイト、結着剤としてポリテトラフルオロエチレンを用意し、正極活物質および導電剤を重量比９２．５：７．５で混合し、二軸撹拌機にて１時間撹拌した。このようにして得られたペーストをコータにて、負極集電体である銅箔上に目付量３．７４ｍｇ／ｃｍ２で片面塗布した。乾燥後、φ１９ｍｍに打抜き、その後、ロールプレス機に通し、線圧２５０ｋｇ／ｃｍの荷重をかけることにより、電極密度１．２５ｇ／ｃｍ３の負極を得た。
【００３７】
（コイン型リチウム二次電池の作製）
ケース缶（内側底部：φ１９．５ｍｍ）およびキャップ缶（内側底部：φ１７．５ｍｍ）を用意し、ケース缶の内側に上述した負極を配置し、その負極上に、電解液を含浸させたセパレータ（多孔性ポリエチレンフィルム、厚み２５μｍ）を配置した。なお、電解液としては、ＬｉＰＦ６を、ＥＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣで溶解させた溶液を使用した。その後、上記セパレータ上にパッキン（内径：φ１７ｍｍ）を配置し、そのパッキン内部に上述した正極を配置し、さらに、スペーサ（φ１６．２ｍｍ）およびウェーブワッシャを配置し、上記キャップ缶で封口することにより、コイン型リチウム二次電池を得た。
【００３８】
（評価）
得られたコイン型リチウム二次電池の電池容量および抵抗を測定した。電池容量は、上下限電圧を４．１Ｖ〜３．０Ｖとして、Ｃ／１０レートで３サイクル充放電を行い、３サイクル目の放電容量を評価した。抵抗は、充電状態を調整した電池にて充放電電流地をかえて電圧を測定することにより評価した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のコイン型リチウム二次電池の一例を示す説明図である。
【図２】実施例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  …  ケース缶
２  …  負極集電体
３  …  負極層
４  …  負極
５  …  セパレータ
６  …  正極層
７  …  正極集電体
８  …  正極
９  …  キャップ缶
１０  …  パッキン
１１  …  スペーサ
１２  …  ウェーブワッシャ
【図１】
2007294142.tif 000003
【図２】
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