(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム複合酸化物を含む正極と、炭素材料を含む負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回した電極体を電池缶内に収容させ、上記の正極より延出された正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極より延出された負極集電タブを負極端子に取り付けるようにした円筒型リチウム二次電池において、上記の正極集電タブと負極集電タブの少なくとも一方の表面に金の薄膜を形成すると共に、上記の正極集電タブをアルミニウム材料で構成したことを特徴とする円筒型リチウム二次電池。
【請求項２】
リチウム複合酸化物を含む正極と、炭素材料を含む負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回した電極体を電池缶内に収容させ、上記の正極より延出された正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極より延出された負極集電タブを負極端子に取り付けるようにした円筒型リチウム二次電池において、上記の正極集電タブと負極集電タブの少なくとも一方の表面に金の薄膜を形成すると共に、上記の負極集電タブをニッケル材料で構成したことを特徴とする円筒型リチウム二次電池。
【請求項３】
請求項２に記載した円筒型リチウム二次電池において、上記の正極集電タブをアルミニウム材料で構成したことを特徴とする円筒型リチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は円筒型リチウム二次電池に係り、特に、正極と負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回した電極体を電池缶内に収容させ、正極より延出された正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極より延出された負極集電タブを負極端子に取り付けるようにした円筒型リチウム二次電池において、正極集電タブと正極端子との間における接触抵抗や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗を低減させて、高電圧で高容量の円筒型リチウム二次電池が得られるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギを有効に利用する等の要求から二次電池が様々な分野で利用されるようになり、特に、高出力，高エネルギー密度の新型電池としてリチウム二次電池が注目されている。
【０００３】
さらに、近年においては、このようなリチウム二次電池を電気自動車の電源や家庭用のロードレベリング等に利用するために、このリチウム二次電池を大型化させて、その容量を増加させたものが開発された。
【０００４】
ここで、このようなリチウム二次電池としては、一般に、正極と負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回された電極体を円筒型の電池缶内に収容させた円筒型リチウム二次電池が利用されていた。
【０００５】
また、このような円筒型リチウム二次電池においては、正極や負極における電気エネルギーを正極端子と負極端子とから取り出すために、正極に正極集電タブを設けて、この正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極に負極集電タブを設け、この負極集電タブを負極端子に取り付けるようにしていた。
【０００６】
ここで、上記のようにリチウム二次電池を大型化させて、その容量を向上させるようにした場合、正極に設ける正極集電タブや、負極に設ける負極集電タブの数が少ないと、このリチウム二次電池における電池抵抗が増大して、電池性能が低下するという問題があった。
【０００７】
このため、従来においては、上記のような円筒型リチウム二次電池において、正極や負極に設ける正極集電タブや負極集電タブの数を多くしており、またこのような正極集電タブや負極集電タブをそれぞれ正極端子や負極端子に取り付けるにあたっては、一般に正極端子や負極端子に設けられた取付部分にネジによる締め付け等で固定させるようにしていた。
【０００８】
しかし、このように正極集電タブや負極集電タブを正極端子や負極端子に設けられた取付部分に固定させる場合、これらの取付部分と正極集電タブや負極集電タブの密着性が十分ではなく、これらの取付部分における接触抵抗が高くなり、このリチウム二次電池における電池電圧や電池容量が低下するという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、正極と負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回させた電極体を電池缶内に収容させ、正極より延出された正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極より延出された負極集電タブを負極端子に取り付けるようにした円筒型リチウム二次電池における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１０】
すなわち、この発明は、上記のような円筒型リチウム二次電池において、正極より延出された正極集電タブや、負極より延出された負極集電タブを、正極端子や負極端子に取り付けるにあたり、正極集電タブと正極端子との間の密着性や、負極集電タブと負極端子との間の密着性を向上させて、正極集電タブと正極端子との間における接触抵抗や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗を低減させて、電池電圧や電池容量が低下するのを抑制し、高電圧で高容量の円筒型リチウム二次電池が得られるようにすることを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明における円筒型リチウム二次電池においては、上記のような課題を解決するため、リチウム複合酸化物を含む正極と、炭素材料を含む負極との間に非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて渦巻き状に巻回した電極体を電池缶内に収容させ、上記の正極より延出された正極集電タブを正極端子に取り付けると共に、負極より延出された負極集電タブを負極端子に取り付けた円筒型リチウム二次電池において、上記の正極集電タブと負極集電タブの少なくとも一方の表面に金の薄膜を形成すると共に、上記の正極集電タブをアルミニウム材料で構成し、或いは上記の負極集電タブをニッケル材料で構成するようにしたのである。
【００１２】
ここで、この発明における円筒型リチウム二次電池のように、正極端子に取り付ける正極集電タブの表面や、負極端子に取り付ける負極集電タブの表面に金の薄膜を形成すると、この金の薄膜によって正極集電タブと正極端子との間における密着性や、負極集電タブと負極端子との間における密着性が高くなり、正極集電タブと正極端子との間における接触抵抗や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗が減少して、この円筒型リチウム二次電池の内部抵抗が低くなって電池電圧や電池容量が低下するのが抑制され、高電圧で高容量の円筒型リチウム二次電池が得られるようになる。
【００１３】
ここで、正極に使用するリチウム複合酸化物としては、リチウム二次電池において一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、マンガン，コバルト，ニッケル，鉄，バナジウム，ニオブの少なくとも一種を含むリチウム遷移金属複合酸化物等を使用することができる。
【００１４】
また、負極に使用する炭素材料としても、リチウム二次電池に一般に使用されている公知の炭素材料を用いることができ、例えば、リチウムイオンを吸蔵，放出することができる天然黒鉛，人造黒鉛，コークス，有機物焼成体等を用いることができる。
【００１５】
さらに、非水電解液としても、リチウム二次電池に一般に使用されている公知のものを用いることができ、その溶媒としては、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、ビニレンカーボネート、シクロペンタノン、スルホラン、ジメチルスルホラン、３−メチル−１，３−オキサゾリジン−２−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル等の有機溶媒を１種又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００１６】
また、非水電解液に添加させる溶質としても、公知のものを使用することができ、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ6 ，過塩素酸リチウムＬｉＣｌＯ4 ，テトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ4 ，トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウムＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 等のリチウム化合物を用いることができる。
【００１８】
そして、上記のような正極集電タブや負極集電タブの表面に金の薄膜を形成するにあたっては、一般にメッキ法が用いられるが、蒸着法等のその他の公知の方法を使用することもできる。
【００１９】
また、上記のように正極集電タブや負極集電タブに金の薄膜を形成するにあたり、その膜厚が薄いと、正極集電タブと正極端子との間や、負極集電タブと負極端子との間における密着性が悪くなって、正極集電タブと正極端子との間における接触抵抗や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗が高くなる一方、その膜厚が厚くなりすぎると、コストが高く付く等の問題があるため、この金の薄膜における膜厚を１〜１０μｍの範囲にすることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明に係る円筒型リチウム二次電池について実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例における円筒型リチウム二次電池においては、正極集電タブと正極端子との間や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗が低減されて、電池電圧の高い電池が得られるようになることを比較例を挙げて明らかにする。なお、この発明における円筒型リチウム二次電池は、下記の実施例に示したものに限定されものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００２１】
（実施例１〜３及び比較例１）
これらの実施例１〜３及び比較例１においては、下記のようにして作製した正極と負極とを用いると共に、下記のようにして調製した非水電解液を用い、直径が６４ｍｍ、長さが２９４ｍｍの円筒状で、電池容量が７０Ａｈになった図１に示すような円筒型リチウム二次電池１０を得るようにした。
【００２２】
［正極の作製］
正極を作製するにあたっては、正極材料としてＬｉＣｏＯ2 を用い、この正極材料ＬｉＣｏＯ2 と導電剤である炭素とが９０：５の重量比になるように混合して正極合剤を調製した。そして、この正極合剤に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す。）に溶解させた溶液を加え、上記の正極合剤とポリフッ化ビニリデンとが９５：５の重量比になるようにし、これらを混練してスラリーを調製し、このスラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面にドクターブレード法により塗布し、これを１５０℃で２時間真空乾燥させて、シート状になった正極を作製した。
【００２３】
［負極の作製］
負極を作製するにあたっては、負極材料に平均粒径が１０μｍの黒鉛粉末を用い、この黒鉛粉末に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを上記のＮＭＰに溶解させた溶液を加え、黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンとが８５：１５の重量比になるようにし、これらを混練してスラリーを調製し、このスラリーを負極集電体である銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、これを１５０℃で２時間真空乾燥させてシート状になった負極を作製した。
【００２４】
［非水電解液の調製］
非水電解液を調製するにあたっては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを１：１の体積比で混合させた混合溶媒に、溶質としてヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解させた。
【００２５】
［電池の作製］
電池を作製するにあたっては、図２及び図３に示すように、に示すように、上記のようにして作製した正極１１に複数の正極集電タブ１１ａを正極１１から延出するようにして取り付けると共に、負極１２に複数の負極集電タブ１２ａを負極１２から延出するようにして取り付け、この正極１１と負極１２との間に、ポリエチレン製のイオン透過性微多孔膜からなるセパレータ１３を介在させてスパイラル状に巻き取り、このように巻き取った電極体１４を円筒状の電池缶１５内に収容させるようにした。
【００２６】
そして、図３及び図４に示すように、上記の電池缶１５の一端を閉塞させる正極蓋１６に設けられた正極端子１６ａに一対の挟持板１６ｂ，１６ｃを設け、この一対の挟持板１６ｂ，１６ｃ間に、正極１１に設けた上記の各正極集電タブ１１ａを挟み込むようにして取り付けると共に、電池缶１５の他端を閉塞させる負極蓋１７に設けられた負極端子１７ａにも一対の挟持板１７ｂ，１７ｃを設け、この一対の挟持板１７ｂ，１７ｃ間に、負極１２に設けられた上記の各負極集電タブ１２ａを挟み込むようにして取り付けた後、図１に示すように、この電池缶１５の両端に上記の正極蓋１６と負極蓋１７とを取り付けて、この正極蓋１６と負極蓋１７とにより電池缶１５の両端を閉塞させ、その後、安全弁１８を取り付ける孔からこの電池缶１５内に上記の非水電解液を注液させて、上記の円筒型のリチウム二次電池１０を得た。また、上記の正極蓋１６と負極蓋１７にはそれぞれ安全弁１８を設けるようにした。
【００２７】
ここで、上記の正極集電タブ１１ａや負極集電タブ１２ａとして、実施例１の円筒型リチウム二次電池１０においては、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったアルミニウム製の正極集電タブ１１ａを用いる一方、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったニッケル製の負極集電タブ１２ａの表面に膜厚が５μｍになった金の薄膜が形成されたものを用いるようにした。
【００２８】
また、実施例２の円筒型リチウム二次電池１０においては、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったアルミニウム製の正極集電タブ１１ａの表面に膜厚が５μｍになった金の薄膜が形成されたものを用いる一方、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったニッケル製の負極集電タブ１２ａを用いるようにした。
【００２９】
また、実施例３の円筒型リチウム二次電池１０においては、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったアルミニウム製の正極集電タブ１１ａの表面に膜厚が５μｍになった金の薄膜が形成されたものを用いると共に、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったニッケル製の負極集電タブ１２ａの表面に膜厚が５μｍになった金の薄膜が形成されたものを用いるようにした。
【００３０】
一方、比較例１の円筒型リチウム二次電池１０においては、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったアルミニウム製の正極集電タブ１１ａを用いると共に、幅が１５ｍｍ，厚みが１００μｍになったニッケル製の負極集電タブ１２ａを用いるようにし、正極集電タブ１１ａと負極集電タブ１２ａのいずれの表面にも金の薄膜を設けないようにした。
【００３１】
そして、上記の実施例１，２及び比較例１の各円筒型リチウム二次電池１０において、それぞれ１本の正極集電タブ１１ａと正極端子１１との間の抵抗値及び１本の負極集電タブ１２ａと負極端子１２との間の抵抗値を測定し、その結果を下記の表１に示した。
【００３２】
【表１】
0003769377.tif 000002
【００３３】
この結果、金の薄膜を形成した負極集電タブ１２ａを使用した実施例１のものにおいては、金の薄膜を形成しない負極集電タブ１２ａを使用した実施例２及び比較例１のものに比べて、１本の負極集電タブ１２ａと負極端子１２との間の抵抗値が０．０５ｍΩ低くなっており、また金の薄膜を形成した正極集電タブ１１ａを使用した実施例２のものは、金の薄膜を形成しない正極集電タブ１２ａを使用した実施例１及び比較例１のものに比べて、１本の正極集電タブ１１ａと正極端子１１との間の抵抗値が０．０３ｍΩ低くなっていた。
【００３４】
次に、正極集電タブ１１ａ及び負極集電タブ１２ａの表面にそれぞれ金の薄膜を形成したものを用いた実施例３の円筒型リチウム二次電池１０と、正極集電タブ１１ａ及び負極集電タブ１２ａのいずれの表面にも金の薄膜を形成しなかったものを用いた比較例１の円筒型リチウム二次電池１０とを用い、これらの各円筒型リチウム二次電池１０における内部抵抗を測定し、その結果を下記の表２に示した。
【００３５】
また、この実施例３及び比較例１の各円筒型リチウム二次電池１０について、それぞれ８．７５Ａ（１／８Ｃ）の定電流で充放電を行なって、その平均放電電圧を測定し、その結果を下記の表２に合わせて示した。
【００３６】
【表２】
0003769377.tif 000003
【００３７】
この結果、上記のように正極集電タブ１１ａ及び負極集電タブ１２ａの表面にそれぞれ金の薄膜を形成したものを用いた実施例３の円筒型リチウム二次電池１０は、正極集電タブ１１ａ及び負極集電タブ１２ａのいずれの表面にも金の薄膜を形成しなかったものを用いた比較例１の円筒型リチウム二次電池１０に比べ、電池の内部抵抗が低くなると共に、平均放電電圧が高くなっていた。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における円筒型リチウム二次電池においては、正極端子に取り付ける正極集電タブの表面や、負極端子に取り付ける負極集電タブの表面に金の薄膜を形成すると共に、上記の正極集電タブをアルミニウム材料で構成し、或いは上記の負極集電タブをニッケル材料で構成したため、この金の薄膜により正極集電タブと正極端子との間や、負極集電タブと負極端子との間の密着性が高くなり、正極集電タブと正極端子との間における接触抵抗や、負極集電タブと負極端子との間における接触抵抗が減少した。
【００３９】
この結果、この発明における円筒型リチウム二次電池においては、その内部抵抗が低くなって電池電圧や電池容量が低下するのが抑制され、高電圧で高容量の円筒型リチウム二次電池が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１〜３及び比較例１における円筒型リチウム二次電池の概略図である。
【図２】図１に示した円筒型リチウム二次電池を製造するにあたり、正極と負極との間にセパレータを介在させてスパイラル状に巻き取る状態を示した概略説明図である。
【図３】図１に示した円筒型リチウム二次電池を組み立てる状態を示した概略説明図である。
【図４】図１に示した円筒型リチウム二次電池を組み立てるにあたり、正極に設けた各正極集電タブを、正極蓋に設けられた正極端子における一対の挟持板間に挟み込むようにして取り付ける状態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１０  円筒型リチウム二次電池
１１  正極
１１ａ  正極集電タブ
１２  負極
１２ａ  負極集電タブ
１３  セパレータ
１４  電極体
１５  電池缶
１６ａ  正極端子
１７ａ  負極端子
【図１】
0003769377.tif 000004
【図２】
0003769377.tif 000005
【図３】
0003769377.tif 000006
【図４】
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