(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料を用いた正，負極板を備え、前記負極板は前記リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料として炭素質材料を備え、さらに前記炭素質材料とともに金属リチウムを備えていて、この金属リチウム上にはリチウムイオンを透過できるシートとして、空気透過度が０．５〜１００ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2であるポリプロピレン製不織布を０．１〜１ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で金属リチウムに圧着したリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池の、とくにその負極に、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素質材料と金属リチウムを備えたリチウムイオン二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料を正，負極板に用いるリチウムイオン二次電池では、負極に炭素質材料を用いる。
【０００３】
正極にはリチウム含有化合物が用いられており、正極のリチウムイオンが負極の炭素質材料内に取り込まれて充放電反応が開始されていた。
【０００４】
負極に炭素質材料を用いた場合、電池組立後の最初の充電時、炭素質材料内に吸蔵されたリチウムイオンの一部が放電時に炭素質材料から放出されず、この充放電に関与しないリチウムイオンが容量ロス分となって所望の電池容量が得られていなかった。
【０００５】
そこで、正極のリチウム含有化合物中のリチウムイオンの容量ロスを防止するために、負極の一部に金属リチウムを備え、この金属リチウムを炭素質材料中の容量ロス分に当てるという構成がとられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負極に金属リチウムを配すると、金属リチウム上に合剤粉が付着しやすいために、シ−ト状極板を捲回するときに、合剤の一部がはがれて、電池反応にムラを引き起こす原因となるといった問題を有していた。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題を解決し、金属リチウム上への合剤の付着を抑制し、極板表面の反応ムラによる容量の低下および負極表面へのリチウムの析出を防止することを目的としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
このような課題を解決するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料を用いた正，負極板を備え、負極板はリチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料として炭素質材料を備え、さらに炭素質材料とともに金属リチウムを備えていて、この金属リチウム上にはリチウムイオンを透過できるシートとして、空気透過度が０．５〜１００ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2であるポリプロピレン製不織布を０．１〜１ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で金属リチウムに圧着したことを特徴とするものである。
【０００９】
金属リチウムは柔らかい物質であり、極板等と接すると、合剤の微粉末が付着しやすい。合剤がはがれるとその部分は充放電の際に未反応であるため、その回りの部分は反応が集中してリチウムの析出を引き起こしやすい。本発明の非水電解液二次電池は、金属リチウム上にイオン透過性のシ−トを貼付しているため、合剤の離脱を防ぐことができ、その結果、充放電反応が均一化され、容量の安定化を図り、負極表面へのリチウムの析出を抑制することができる。
【００１０】
このように、シ−トの空気透過度を０．５〜１００ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2とすることにより、放電性能の低下を引き起こすことなく合剤の脱落を防止することができる。
【００１１】
さらにシ−トの圧着強度を０．１〜１ｋｇｆ／ｃｍ2とすることにより、シ−トの脱落や金属リチウムの損傷を引き起こすことなくシ−トを金属リチウム上に貼付することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例のリチウムイオン二次電池について、詳述する。
【００１３】
正極１として、正極活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電材および結着剤を混合したものを、正極芯材であるアルミニウム箔に塗布したものを用いた。
【００１４】
同様に負極２は、リチウムを吸蔵、放出可能な黒鉛粉末に結着剤を混合したものを、負極芯材である銅箔に塗布したものを用いた。さらに負極芯材上には黒鉛粉末の塗布されていない部分に金属リチウムを配した。
【００１５】
また電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6を１モル／リットル溶かしたものを用いた。
【００１６】
これらのものを用いて図１に示すような円筒形リチウムイオン二次電池を組み立てた。
【００１７】
（実施例１）
上記で述べた負極の金属リチウム上に、ポリプロピレン製不織布を貼付したあと、リチウムイオン二次電池を組み立てて、本発明電池Ａ１を作製した。不織布の透気度は１ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2，不織布貼付時の圧着強度は０．５ｋｇｆ／ｃｍ2とした。
【００１８】
（比較例１）
上記で述べた負極の金属リチウム上には何も貼付しないで、リチウムイオン二次電池を組み立てただけのものを比較電池Ｂ１とした。
【００１９】
（比較例２）
上記で述べた負極の金属リチウム上に、ポリプロピレン製の粘着テ−プを貼付したあと、リチウムイオン二次電池を組み立てて、比較電池Ｂ２を作製した。
【００２０】
（比較例３）
上記で述べた負極の金属リチウム上に、透気度が２００ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2であるポリプロピレン製フィルムを貼付したあと、リチウムイオン二次電池を組み立てて、比較電池Ｂ３を作製した。
【００２１】
（比較例４）
上記で述べた負極の金属リチウム上に、透気度が０．０１ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2であるポリプロピレン製不織布を貼付したあと、リチウムイオン二次電池を組み立てて、比較電池Ｂ４を作製した。
【００２２】
（比較例５）
不織布の圧着強度を２ｋｇｆ／ｃｍ2としたほかは、実施例１と同様にして、比較電池Ｂ５を作製した。
【００２３】
図２は、これらの電池の放電特性図である。図２より、金属リチウム上に不織布を貼付した本発明電池Ａ１は、粘着テ−プを貼付した比較電池Ｂ２、透気度の高いポリプロピレン性フィルムを貼付した比較電池Ｂ３に比して、放電容量が優れていることがわかる。これは、金属リチウムが全く充放電反応に関与していない，あるいは関与が少ないことによる。
【００２４】
また、これらの電池を１００サイクルおよび５００サイクル充放電を行った後の、負極表面のリチウム析出の状態を観察した。この結果、不織布を貼付していない比較電池Ｂ１や透気度の低い不織布を貼付した比較電池Ｂ４の負極表面にはいずれも合剤の脱落とそのまわりへのリチウムの析出が見られた。
【００２５】
また、シ−ト圧着強度の高い比較電池Ｂ５を電池分解したところ、シ−トが強く圧着されたために金属リチウムがシ−トの目からはみ出し、その対向する面から合剤脱落が起こり、リチウムの析出を引き起こしていることがわかった。
【００２６】
なおその他の電池の負極表面にはリチウムの析出は見られなかった。このように本発明のように負極上に金属リチウムを貼付したあと、さらにポリプロピレン製不織布等のイオン透過性シ−トを貼付することにより、充放電時の反応ムラをなくし、放電容量の安定化を図り、また負極表面へのリチウム析出を抑制した、優れた電池を提供することができる。
【００２７】
金属リチウム上に貼付する物質としては、イオン透過性があるポリプロピレン製不織布や、ネット状のテ−プなどがあげられる。空気透過度は０．５〜１００ｓｅｃ／１００ｃｃ／ｃｍ2である。それ以下だと合剤脱落防止効果が薄く、以上だとイオンの移動の妨げとなるため放電容量の低下を引き起こす。
【００２８】
シ−トの貼付方法としては、圧着などの方法があり、その圧着強度は０．１〜１ｋｇｆ／ｃｍ2である。それ以下だとシ−トが脱落しやすく、それ以上だとシ−トから金属リチ
ウムがはみ出て合剤の脱落を引き起こす。
【００２９】
また、本実施例においては正極の活物質材料としてＬｉＣｏＯ2の例で示したが、正極材料としては他にＶ2Ｏ5，Ｎｂ2Ｏ5，ＭｎＯ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＭｎ2Ｏ4等の金属酸化物で結晶の層間や格子位置または格子間隙間にリチウムがインターカレート／デインターカレートする材料であれば特に制限されるものではない。
【００３０】
また、負極のリチウムを吸蔵、放出可能な材料として本実施例では黒鉛粉末を使用したが、正極材料と同様にリチウムをインターカレート／デインターカレートする材料、例えばコ−クス等の各種の炭素材料であれば特に制限されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上の実施例の説明で明らかなように、本発明のリチウムイオン二次電池によれば、負極上に金属リチウムを配した上に、さらにイオン透過性のポリプロピレン製不織布からなるシ−トを貼付することにより、容量の安定化を図り、負極表面へのリチウムの析出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のリチウムイオン二次電池を示す図
【図２】  本発明電池および比較電池の放電特性図
【符号の説明】
１  正極
２  負極
３  セパレータ
４  正極リード
５  負極リード
６  正極外部端子
７  負極缶
【図１】
0004144076.tif 000002
【図２】
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