JP2004362983A - 非水電解質電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】負極板を薄肉化しても破断が防止され、かつ前記負極板が万一破断されても電気的な導通を維持することが可能で、高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供する。
【解決手段】シート状正極板６およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板４をセパレータ５を介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群３と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、前記負極板は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ捲回方向にリチウム金属と合金化しない金属の線材７が形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】シート状正極板６およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板４をセパレータ５を介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群３と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、前記負極板は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ捲回方向にリチウム金属と合金化しない金属の線材７が形成されている。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質電池に関し、特に電極群の構造を改良した非水電解質電池に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化マンガンを活物質とする正極、リチウム金属またはリチウム合金を活物質とする負極を備えた非水電解液電池は、高エネルギー密度を有することから、既に多くの電子機器の電源として実用化されている。この非水電解液電池は、カメラ等の電子機器に用いられているが、その電子機器の多様化が進む中で、その非水電解液電池として重負荷放電での高容量化が望まれている。
【０００３】
このようなことから、前記非水電解液電池の重負荷放電特性向上を目的として二酸化マンガンへの導電剤の混合、低粘度の電解液や高導電率の電解液の使用、さらに正極板、負極板の薄肉化が検討されている。中でも、正極板および負極板の薄肉化（特に金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極板の薄肉化）は重負荷放電特性向上に最も効果的である。
【０００４】
また、角型形状の外装部材を有する非水電解液電池において、体積エネルギー密度（容量）をより向上するために正極板および負極板をセパレータを介在して構成された電極群を円筒形から扁平状にすることが検討されている。このような扁平状の電極群は、正極板および負極板をセパレータを介在して捲回し、この円筒状物にプレス加工を施すことにより作製されている。
【０００５】
しかしながら、薄肉化された負極板および正極板をセパレータを介在して捲回した円筒状物にプレス加工を施すと、その円筒状物の折り目に相当するＲ形状部分において正極板および負極板に極端なストレスが加わるために特に薄肉化された負極板が破断して放電時においてその負極板を有効に電池反応させることが困難になる問題があった。したがって、従来の非水電解液電池では高容量化を図りつつ、重負荷放電特性を向上させることが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シート状負極板とシート状正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工した電極群を備え、前記負極板を薄肉化しても破断が防止され、かつ前記負極板が万一破断されても電気的な導通を確保することが可能で、高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、
前記負極板は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつリチウム金属と合金化しない金属の線材が捲回方向に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非水電解質電池を詳細に説明する。
【０００９】
この非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを外装部材に収納、密閉した構造を有する。
【００１０】
次に、前記正極板、セパレータ、負極板、非水電解質および外装部材を説明する。
【００１１】
１）シート状正極板
このシート状正極板は、集電体に正極層を担持した構造を有する。
【００１２】
前記集電体としては、例えばアルミニウム、ニッケルまたはステンレスからなるエキスパンドメタル、同金属からなる箔、メッシュ等を挙げることができる。
【００１３】
前記正極層は、二酸化マンガンから選ばれる活物質、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選ばれる結着剤、およびアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛から選ばれる導電剤を含有する。
【００１４】
前記シート状正極板は、０．１〜０．４５ｍｍの厚さを有することが好ましい。
【００１５】
２）セパレータ
このセパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜またはこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られる。
【００１６】
３）シート状負極板
このシート状負極板は、リチウム金属またはリチウム合金から作られ、０．１６ｍｍ以下の厚さを有するとともに、リチウム金属と合金化しない金属の線材が捲回方向（前記電極群を作製する際の捲回方向）に形成された構造を有する。
【００１７】
前記リチウム合金としては、例えば０．０５〜１重量％のＡｌを含むＬｉ−Ａｌ合金、０．０５〜１重量％のＳｎを含むＬｉ−Ｓｎ合金等を用いることができる。
【００１８】
前記負極板の厚さが０．１６ｍｍを超えると、非水電解質電池の重負荷放電特性を向上することが困難になる。なお、前記負極板の厚さの下限は０．１０ｍｍにすることが好ましい。
【００１９】
前記線材を負極板に形成する際、その負極板がリチウム金属またはリチウム合金のような比較的柔らかい金属から作られているため、前記負極板に例えば圧着により形成することが可能である。
【００２０】
前記線材に用いられる材料としては、リチウムと合金化しない金属、合金であればいかなるものでもよく、例えばニッケル、銅、鉄およびクロムから選ばれる少なくとも１つの元素を含む金属、合金を挙げることができる。これらの金属、合金のうちで、特にニッケル、ステンレスが好ましい。
【００２１】
前記線材は、例えば断面が円形、楕円形、矩形等の形状を有する。この線材の厚さ（断面が円形の場合は直径）は、０．０５ｍｍ以上、前記負極板の厚さ以下であることが好ましい。前記線材の厚さを０．０５ｍｍ未満にすると、前記負極板に対する補強効果、さらに万一破断したときの導通を確保する効果を発揮させることが困難になる。一方、前記線材の厚さが前記負極板の厚さを超えるとこの負極板と対向するセパレータを損傷して内部短絡を生じる虞がある。より好ましい前記線材の厚さは、０．０５ｍｍ、前記負極板の厚さの０．８倍以下である。
【００２２】
前記線材が楕円形または矩形である場合には、その幅は０．０５〜５ｍｍであることが好ましい。前記線材の幅を０．０５ｍｍ未満にすると、前記薄板に対する補強作用、さらに万一破断したときの導通維持作用を発揮させることが困難になる。一方、前記線材の幅が５ｍｍを超えると、負極板を覆う面積が大きくなって、電池反応を阻害する虞がある。
【００２３】
前記負極板への前記線材の形成位置（配置位置）は、その負極板の捲回方向であれば特に限定されないが、その負極板の捲回方向に沿う端部であることが好ましい。
【００２４】
４）非水電解質
この非水電解質としては、例えばリチウム塩を非水溶媒に溶解した非水電解液を挙げることができる。
【００２５】
前記リチウム塩としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、六フッ化砒素酸リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等を用いることができる。
【００２６】
前記非水溶媒としては、例えばγ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステル等を用いることができ、２種類以上混合して使用してもよい。
【００２７】
前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、０．５モル／Ｌ以上にすることが好ましい。
【００２８】
前記非水電解質は、前述した溶液の形態に限らず、電解液を含浸させた高分子ゲル電解質、または溶媒を含まない全固体型高分子固体電解質でもよい。
【００２９】
前記高分子ゲル電解質として用いる高分子材料としては、特に限定するものではないが、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
【００３０】
５）外装部材
この外装部材としては、例えば（ａ）金属からなる有底矩形筒状の外装缶の上端開口部に正負極端子が互いに電気的に絶縁して取り付けられた封口体を絶縁ガスケットを介してかしめ付けした構造のもの、（ｂ）金属からなる有底矩形筒状の外装缶の上端開口部に正負極端子が互いに電気的に絶縁して取り付けられた封口体を面一に挿入し、それら筒状缶と封口体とをレーザ溶接した構造のもの、（ｃ）皿状の缶に皿状の封口体を絶縁ガスケットを介してかしめ付けしたコイン形、小判形のもの、を挙げることができる。
【００３１】
次に、本発明係る非水電解質電池、例えば角型非水電解液電池を図１および図２を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１に示すアルミニウムのような金属から作られる有底矩形筒状の外装缶１は、底部内面に絶縁フィルム２が配置されている。扁平状電極群３は、前記外装缶１内に収納されている。この電極群３は、リチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板４とセパレータ５とシート状正極６とを渦巻状に捲回した後、扁平状にプレス成形することにより作製される。このシート状負極板４は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ図２に示すように捲回方向に沿う端部にリチウム金属と合金化しない金属（例えばニッケル）の線材７が形成され、さらに捲回方向と直交する端部に負極リード８が取り付けられている。前記シート状正極６は、捲回方向と直交する端部に正極リード９が取り付けられている。非水電解液は、外装缶１内に収容されている。
【００３３】
前記中心付近にリード取出穴１０を有する例えば合成樹脂からなるスペーサ１１は、前記外装缶１内の前記電極群３上に配置されている。正極端子および負極端子（いずれも図示せず）が互いに電気的に絶縁して上部に形成された封口体１２は、前記外装缶１の上端開口部に絶縁ガスケット１３を介してかしめ固定されている。前記シート状負極板４の負極リード８は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記負極端子に接続されている。前記シート状負極板４の負極リード８は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記負極端子に接続されている。前記シート状正極板６の正極リード９は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記正極端子に接続されている。
【００３４】
以上説明した本発明に係る非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、前記負極板として０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ捲回方向にリチウム金属と合金化しない金属の線材を形成した構成を有する。
【００３５】
このような構成によれば、負極板の厚さを０．１６ｍｍ以下にすることによって、電極群においてシート状負極板とシート状正極板との対向面積を増大できるため、重負荷放電特性を向上できる。
【００３６】
また、電極群としてシート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状のものを用いることによって、体積エネルギー密度の増大、つまり高容量化を図ることができる。ただし、０．１６ｍｍ以下に薄肉化された負極板および正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工して扁平状電極群を得る際、折り目に相当するＲ形状部分において正極板および負極板に極端なストレスが加わるために薄肉化された負極板が破断される虞がある。
【００３７】
このようなことから、前記薄肉化された負極板にニッケルのようなリチウム金属と合金化しない金属の線材をその負極板の捲回方向に形成することによって、薄肉化された負極板を補強できるため、前記捲回、プレス加工時での極端なストレスに伴う負極板の破損を防止することができる。また、万が一、負極板の破損が生じてもリチウムと合金化しない金属の線材、つまり電池として機能している期間に亘って十分な機械的強度を有する導電性の線材によって破断された負極板間の導通を確保できるため、負極板を有効に電池反応させることが可能になる。
【００３８】
したがって、本発明によれば高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供できる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
（実施例１）
＜正極の作製＞
二酸化マンガン９０重量部と導電剤である黒鉛粉末５重量部と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの水性ディスパージョン５重量部（固形分換算）とを混練して正極合剤を調製した。この正極合剤を集電体であるステンレス製のエキスパンドメタルに塗着した後、乾燥、圧延、裁断、さらに乾燥して厚さ０．４５ｍｍのシート状正極板を作製した。この正極板の幅方向に沿う一端部にステンレス製の正極リードを取り付けた。
【００４１】
＜負極の作製＞
厚さ０．１６ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金（Ａｌ量：０．１重量％）の箔を前記正極板の活物質の放電容量と同等になる寸法に裁断してシート状負極板を作製した。つづいて、ニッケルめっき鋼板からなる負極リードの一端に前記負極板の厚さと同じ直径をもつＮｉ製線材をその負極リードの長手方向に対して直角になるように溶着させたＬ形部材を用意した。このＬ形部材を前記負極板に前記Ｎｉ製線材がその負極板の長手方向（後述する電極群を作製する際の捲回方向）に沿う端部に位置するとともに、前記負極リードが負極板の幅方向に沿う端部に位置するように載置し、さらにこれら線材およびリードを前記負極板に圧着ことにより前述した図２に示す構造の負極板とした。
【００４２】
＜電池の組立＞
前記シート状正極板およびシート状負極板をポリプロピレン製マイクロポーラスフィルムからなるセパレータを介して渦巻き状に捲回して円筒状とし、さらにプレス加工して扁平状の電極群を作製した。この電極群を底部に絶縁紙を配した有底矩形筒状のアルミニウム製外装缶に挿入した。つづいて、正極端子および負極端子（いずれも図示せず）が互いに電気的に絶縁して上部に形成された封口体の底部に前記電極群の正極板の正極リード、負極板の負極リードをそれぞれ抵抗溶接した状態で非水電解液を所定量注入した。その後、前記封口体を前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介してかしめ付けすることによって、幅７．０ｍｍ、長さ３０．０ｍｍ、高さ３４．０ｍｍで、前述した図１に示す角型非水電解液電池を組み立てた。なお、前記非水電解液としてはエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンが１：１の体積比率で混合した非水溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）を０．５モル／Ｌの濃度で溶解した組成のものを用いた。
【００４３】
（実施例２）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４４】
（実施例３）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にＳＵＳ３０４製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４５】
（実施例４）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にＳＵＳ４４４製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４６】
（実施例５）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さの０．５倍の直径（０．０５ｍｍ）を持つＮｉ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４７】
（実施例６）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さの０．７倍の直径（０．０７ｍｍ）を持つＮｉ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４８】
（比較例１）
線材が圧着されていない負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４９】
（比較例２）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および線材が圧着されていない厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５０】
（比較例３）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さと同じ直径を持つＡｌ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５１】
（比較例４）
厚さ０．５５ｍｍの正極板および厚さ０．２０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５２】
（比較例５）
厚さ０．５５ｍｍの正極板および線材が圧着されていない厚さ０．２０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５３】
（参照例１）
＜正極の作製＞
二酸化マンガン９０重量部と導電剤である黒鉛粉末５重量部と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの水性ディスパージョン５重量部（固形分換算）とを混練して正極合剤を調製した。この正極合剤を集電体であるステンレス製のエキスパンドメタルに塗着した後、乾燥、圧延、裁断、さらに乾燥して厚さ０．４５ｍｍのシート状正極板を作製した。この正極板の幅方向に沿う一端部にステンレス製の正極リードを取り付けた。
【００５４】
＜負極の作製＞
厚さ０．１６ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金（Ａｌ量：０．１重量％）の箔を前記正極板の活物質の放電容量と同等になる寸法に裁断してシート状負極板を作製した。つづいて、ニッケルめっき鋼板からなる負極リードの一端に前記負極板の厚さと同じ直径をもつＮｉ製線材をその負極リードの長手方向に対して直角になるように溶着させたＬ形部材を用意した。このＬ形部材を前記負極板に前記Ｎｉ製線材がその負極板の長手方向（後述する電極群を作製する際の捲回方向）に沿う端部に位置するとともに、前記負極リードが負極板の幅方向に沿う端部に位置するように載置し、さらにこれら線材およびリードを前記負極板に圧着することにより前述した図２に示す構造の負極板とした。
【００５５】
＜電池の組立＞
前記シート状正極板およびシート状負極板をポリプロピレン製マイクロポーラスフィルムからなるセパレータを介してその負極板が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して円筒状の電極群を作製した。この電極群の底部に絶縁紙を配し、前記負極リードをこの絶縁紙の裏面側に回り込むように折り曲げた。つづいて、この電極群を前記絶縁紙とともに負極端子を兼ねる有底円筒状のアルミニウム製外装缶に前記負極リードが先頭になるように挿入した後、前記負極リードと前記外装缶の底部内面とを抵抗溶接した。このように円筒状電極群を有底円筒状の外装缶に収納した後、非水電解液を前記外装缶内に所定量注入した。ひきつづき、正極端子を兼ねる封口体の底部に前記電極群の正極板の正極リードを抵抗溶接した後、前記封口体を前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介してかしめ付けすることによって、直径１７．０ｍｍ、高さ３４．５ｍｍを有する円筒型非水電解液電池を組み立てた。なお、前記非水電解液としてはエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンが１：１の体積比率で混合した非水溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）を０．５モル／Ｌの濃度で溶解した組成のものを用いた。
【００５６】
得られた実施例１〜６、比較例１〜５及び参照例１の電池について、以下に説明する方法により連続放電特性および重負荷放電特性を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００５７】
１）連続放電特性
前記各電池１０個について、温度２０℃の雰囲気で１００Ωの連続放電を行ない、終止電圧２．０Ｖまでの電気容量を測定し、比較例１の電気容量を１００とした時の相対値（％）［１０個当たりの平均相対値］として連続放電特性を評価した。
【００５８】
２）重負荷放電特性
前記各電池１０個について、温度２０℃の雰囲気で１２００ｍＡの間欠放電（１２００ｍＡの定電流を３秒間流し、７秒間休止する放電）を行ない、終止電圧１．５Ｖまでの電気容量を測定し、比較例１の電気容量を１００とした時の相対値（％）［１０個当たりの平均相対値］として重負荷放電特性を評価した。
【００５９】
また、製造工程において不具合を生じた電池、および連続放電特性の評価試験を実施した電池１０個を分解し、内部短絡やシート状負極板の破損に伴う放電に関与していない負極板の存在を確認し、これら不具合を生じていた割合を調べた。その結果を下記表１に併記する。
【００６０】
【表１】
【００６１】
前記表１から明らかなように、Ｎｉ製線材が捲回方向に圧着された負極板を有する実施例１の電池では、線材が圧着されていない負極板を有する比較例１の電池に比べて連続放電特性および重負荷放電特性が向上することがわかる。これは、実施例１においては線材を負極板の捲回方向に圧着されているため放電に伴って消費される負極板をその捲回方向に圧着したＮｉ製線材により電気的な導通を確保できるため、比較例１の電池に比べてより効率的に負極板を電池反応に関与させることができることに起因する。
【００６２】
厚さをより薄肉化した負極板を有する比較例２の電池では、比較例１の電池に比べて連続放電特性および重負荷放電特性が低下する。これは、比較例２において負極板をより薄肉化したために、負極板の強度が低下して扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板が破断されて、連続放電特性および重負荷放電特性が低下したものと考えられる。事実、対象となる電池を分解して調査したところ、放電に関与しなかった負極板が存在していた不具合からも明らかになった。
【００６３】
一方、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４４４のようなステンレス鋼からなる線材が捲回方向に圧着され、厚さをより薄肉化された負極板を有する実施例２〜４の電池では、線材が圧着されていない負極板を有する比較例１の電池に比べて連続放電特性がほぼ同等であったが、重負荷放電特性に関して大幅な向上が認められた。これは、負極を薄肉化することにより正極板と負極板の対向面積が増大したためである。また、扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板が破断されても、負極板の捲回方向に圧着したＮｉ製などの線材により電気的な導通を確保でき、さらに前記線材により負極板を繋ぎ止める効果もあり、負極板表面で不均一な反応が生じた場合でも前記線材により負極板に対して電気的な導通を確保できたことに起因する。
【００６４】
線材としてＡｌを用いた比較例３の電では、その線材が負極板の構成金属であるＬｉと合金化して脆弱になり、放電時に線材による負極板の繋ぎとめ効果が低下し、結果として比較例２と同等の放電特性になるに留まった。これは、対象となる電池を分解して調査したところ、放電に関与しなかった負極板が存在していた不具合からも明らかになった。
【００６５】
比較例４、５の電池では、いずれも連続放電特性が比較例１と同等であったが、負極板が０．１６ｍｍを超える厚さを有し、正極板と負極板の対向面積が減少したために重負荷放電特性の低下が認められた。また、負極板を厚くした関係で、扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板に大きなストレスが加わっても破断しなかった。このため、Ｎｉ製の線材を負極板の捲回方向に圧着した比較例４ではその線材による効果が認められなかった。
【００６６】
さらに、本発明における実施例１〜６の角型の電池は重負荷放電特性および体積エネルギー密度がいずれも参照例１の円筒型の電池に比べて増大することがわかる。
【００６７】
このように本発明のように負極板を薄肉化し、その負極板の捲回方向に所定の金属からなる線材を圧着することによって、この負極板および正極板をセパレータを挟んで捲回し、プレス加工することにより扁平状電極群を作製する際、負極板の破断を防ぎ、かつ万が一破断しても前記線材で負極板の電気的導通を確保できる。また、前記線材は負極板を繋ぎ止める効果もあり、負極板表面で不均一な反応が生じた場合でも前記線材により負極板に対して電気的な導通を確保できる。その結果、体積エネルギー密度の向上化、つまり高容量化を図りつつ、重負荷放電特性が向上された非水電解液電池を得ることができる。
【００６８】
なお、前記実施例では線材としてＮｉ，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４４４の材料を用いたが、銅、鉄、クロム等のリチウムと合金化しない金属、合金であれば前述した実施例と同様な効果を発揮できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、シート状負極板とシート状正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工した電極群を備え、前記負極板を薄肉化しても破断が防止され、かつ前記負極板が万一破断されても電気的な導通を維持することが可能で、高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解質電池、例えば角型非水電解質電池を示す概略断面図。
【図２】図１の角型非水電解質電池に組みこまれる負極板を示す展開図。
【符号の説明】
１…有底矩形筒状の外装缶、３…扁平状電極群、４…シート状負極板、５…セパレータ、６…シート状正極、７…線材、１２…封口体、１３…絶縁ガスケット。
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解質電池に関し、特に電極群の構造を改良した非水電解質電池に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
二酸化マンガンを活物質とする正極、リチウム金属またはリチウム合金を活物質とする負極を備えた非水電解液電池は、高エネルギー密度を有することから、既に多くの電子機器の電源として実用化されている。この非水電解液電池は、カメラ等の電子機器に用いられているが、その電子機器の多様化が進む中で、その非水電解液電池として重負荷放電での高容量化が望まれている。
【０００３】
このようなことから、前記非水電解液電池の重負荷放電特性向上を目的として二酸化マンガンへの導電剤の混合、低粘度の電解液や高導電率の電解液の使用、さらに正極板、負極板の薄肉化が検討されている。中でも、正極板および負極板の薄肉化（特に金属リチウムまたはリチウム合金からなる負極板の薄肉化）は重負荷放電特性向上に最も効果的である。
【０００４】
また、角型形状の外装部材を有する非水電解液電池において、体積エネルギー密度（容量）をより向上するために正極板および負極板をセパレータを介在して構成された電極群を円筒形から扁平状にすることが検討されている。このような扁平状の電極群は、正極板および負極板をセパレータを介在して捲回し、この円筒状物にプレス加工を施すことにより作製されている。
【０００５】
しかしながら、薄肉化された負極板および正極板をセパレータを介在して捲回した円筒状物にプレス加工を施すと、その円筒状物の折り目に相当するＲ形状部分において正極板および負極板に極端なストレスが加わるために特に薄肉化された負極板が破断して放電時においてその負極板を有効に電池反応させることが困難になる問題があった。したがって、従来の非水電解液電池では高容量化を図りつつ、重負荷放電特性を向上させることが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シート状負極板とシート状正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工した電極群を備え、前記負極板を薄肉化しても破断が防止され、かつ前記負極板が万一破断されても電気的な導通を確保することが可能で、高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、
前記負極板は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつリチウム金属と合金化しない金属の線材が捲回方向に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非水電解質電池を詳細に説明する。
【０００９】
この非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを外装部材に収納、密閉した構造を有する。
【００１０】
次に、前記正極板、セパレータ、負極板、非水電解質および外装部材を説明する。
【００１１】
１）シート状正極板
このシート状正極板は、集電体に正極層を担持した構造を有する。
【００１２】
前記集電体としては、例えばアルミニウム、ニッケルまたはステンレスからなるエキスパンドメタル、同金属からなる箔、メッシュ等を挙げることができる。
【００１３】
前記正極層は、二酸化マンガンから選ばれる活物質、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選ばれる結着剤、およびアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛から選ばれる導電剤を含有する。
【００１４】
前記シート状正極板は、０．１〜０．４５ｍｍの厚さを有することが好ましい。
【００１５】
２）セパレータ
このセパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜またはこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られる。
【００１６】
３）シート状負極板
このシート状負極板は、リチウム金属またはリチウム合金から作られ、０．１６ｍｍ以下の厚さを有するとともに、リチウム金属と合金化しない金属の線材が捲回方向（前記電極群を作製する際の捲回方向）に形成された構造を有する。
【００１７】
前記リチウム合金としては、例えば０．０５〜１重量％のＡｌを含むＬｉ−Ａｌ合金、０．０５〜１重量％のＳｎを含むＬｉ−Ｓｎ合金等を用いることができる。
【００１８】
前記負極板の厚さが０．１６ｍｍを超えると、非水電解質電池の重負荷放電特性を向上することが困難になる。なお、前記負極板の厚さの下限は０．１０ｍｍにすることが好ましい。
【００１９】
前記線材を負極板に形成する際、その負極板がリチウム金属またはリチウム合金のような比較的柔らかい金属から作られているため、前記負極板に例えば圧着により形成することが可能である。
【００２０】
前記線材に用いられる材料としては、リチウムと合金化しない金属、合金であればいかなるものでもよく、例えばニッケル、銅、鉄およびクロムから選ばれる少なくとも１つの元素を含む金属、合金を挙げることができる。これらの金属、合金のうちで、特にニッケル、ステンレスが好ましい。
【００２１】
前記線材は、例えば断面が円形、楕円形、矩形等の形状を有する。この線材の厚さ（断面が円形の場合は直径）は、０．０５ｍｍ以上、前記負極板の厚さ以下であることが好ましい。前記線材の厚さを０．０５ｍｍ未満にすると、前記負極板に対する補強効果、さらに万一破断したときの導通を確保する効果を発揮させることが困難になる。一方、前記線材の厚さが前記負極板の厚さを超えるとこの負極板と対向するセパレータを損傷して内部短絡を生じる虞がある。より好ましい前記線材の厚さは、０．０５ｍｍ、前記負極板の厚さの０．８倍以下である。
【００２２】
前記線材が楕円形または矩形である場合には、その幅は０．０５〜５ｍｍであることが好ましい。前記線材の幅を０．０５ｍｍ未満にすると、前記薄板に対する補強作用、さらに万一破断したときの導通維持作用を発揮させることが困難になる。一方、前記線材の幅が５ｍｍを超えると、負極板を覆う面積が大きくなって、電池反応を阻害する虞がある。
【００２３】
前記負極板への前記線材の形成位置（配置位置）は、その負極板の捲回方向であれば特に限定されないが、その負極板の捲回方向に沿う端部であることが好ましい。
【００２４】
４）非水電解質
この非水電解質としては、例えばリチウム塩を非水溶媒に溶解した非水電解液を挙げることができる。
【００２５】
前記リチウム塩としては、例えば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、六フッ化砒素酸リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等を用いることができる。
【００２６】
前記非水溶媒としては、例えばγ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステル等を用いることができ、２種類以上混合して使用してもよい。
【００２７】
前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、０．５モル／Ｌ以上にすることが好ましい。
【００２８】
前記非水電解質は、前述した溶液の形態に限らず、電解液を含浸させた高分子ゲル電解質、または溶媒を含まない全固体型高分子固体電解質でもよい。
【００２９】
前記高分子ゲル電解質として用いる高分子材料としては、特に限定するものではないが、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリエチレンオキサイド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
【００３０】
５）外装部材
この外装部材としては、例えば（ａ）金属からなる有底矩形筒状の外装缶の上端開口部に正負極端子が互いに電気的に絶縁して取り付けられた封口体を絶縁ガスケットを介してかしめ付けした構造のもの、（ｂ）金属からなる有底矩形筒状の外装缶の上端開口部に正負極端子が互いに電気的に絶縁して取り付けられた封口体を面一に挿入し、それら筒状缶と封口体とをレーザ溶接した構造のもの、（ｃ）皿状の缶に皿状の封口体を絶縁ガスケットを介してかしめ付けしたコイン形、小判形のもの、を挙げることができる。
【００３１】
次に、本発明係る非水電解質電池、例えば角型非水電解液電池を図１および図２を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１に示すアルミニウムのような金属から作られる有底矩形筒状の外装缶１は、底部内面に絶縁フィルム２が配置されている。扁平状電極群３は、前記外装缶１内に収納されている。この電極群３は、リチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板４とセパレータ５とシート状正極６とを渦巻状に捲回した後、扁平状にプレス成形することにより作製される。このシート状負極板４は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ図２に示すように捲回方向に沿う端部にリチウム金属と合金化しない金属（例えばニッケル）の線材７が形成され、さらに捲回方向と直交する端部に負極リード８が取り付けられている。前記シート状正極６は、捲回方向と直交する端部に正極リード９が取り付けられている。非水電解液は、外装缶１内に収容されている。
【００３３】
前記中心付近にリード取出穴１０を有する例えば合成樹脂からなるスペーサ１１は、前記外装缶１内の前記電極群３上に配置されている。正極端子および負極端子（いずれも図示せず）が互いに電気的に絶縁して上部に形成された封口体１２は、前記外装缶１の上端開口部に絶縁ガスケット１３を介してかしめ固定されている。前記シート状負極板４の負極リード８は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記負極端子に接続されている。前記シート状負極板４の負極リード８は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記負極端子に接続されている。前記シート状正極板６の正極リード９は、前記リード取出穴１０を通して前記封口体１２の底部に例えば溶接され、図示しない導通路を通して前記正極端子に接続されている。
【００３４】
以上説明した本発明に係る非水電解質電池は、シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、前記負極板として０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ捲回方向にリチウム金属と合金化しない金属の線材を形成した構成を有する。
【００３５】
このような構成によれば、負極板の厚さを０．１６ｍｍ以下にすることによって、電極群においてシート状負極板とシート状正極板との対向面積を増大できるため、重負荷放電特性を向上できる。
【００３６】
また、電極群としてシート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状のものを用いることによって、体積エネルギー密度の増大、つまり高容量化を図ることができる。ただし、０．１６ｍｍ以下に薄肉化された負極板および正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工して扁平状電極群を得る際、折り目に相当するＲ形状部分において正極板および負極板に極端なストレスが加わるために薄肉化された負極板が破断される虞がある。
【００３７】
このようなことから、前記薄肉化された負極板にニッケルのようなリチウム金属と合金化しない金属の線材をその負極板の捲回方向に形成することによって、薄肉化された負極板を補強できるため、前記捲回、プレス加工時での極端なストレスに伴う負極板の破損を防止することができる。また、万が一、負極板の破損が生じてもリチウムと合金化しない金属の線材、つまり電池として機能している期間に亘って十分な機械的強度を有する導電性の線材によって破断された負極板間の導通を確保できるため、負極板を有効に電池反応させることが可能になる。
【００３８】
したがって、本発明によれば高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供できる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
（実施例１）
＜正極の作製＞
二酸化マンガン９０重量部と導電剤である黒鉛粉末５重量部と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの水性ディスパージョン５重量部（固形分換算）とを混練して正極合剤を調製した。この正極合剤を集電体であるステンレス製のエキスパンドメタルに塗着した後、乾燥、圧延、裁断、さらに乾燥して厚さ０．４５ｍｍのシート状正極板を作製した。この正極板の幅方向に沿う一端部にステンレス製の正極リードを取り付けた。
【００４１】
＜負極の作製＞
厚さ０．１６ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金（Ａｌ量：０．１重量％）の箔を前記正極板の活物質の放電容量と同等になる寸法に裁断してシート状負極板を作製した。つづいて、ニッケルめっき鋼板からなる負極リードの一端に前記負極板の厚さと同じ直径をもつＮｉ製線材をその負極リードの長手方向に対して直角になるように溶着させたＬ形部材を用意した。このＬ形部材を前記負極板に前記Ｎｉ製線材がその負極板の長手方向（後述する電極群を作製する際の捲回方向）に沿う端部に位置するとともに、前記負極リードが負極板の幅方向に沿う端部に位置するように載置し、さらにこれら線材およびリードを前記負極板に圧着ことにより前述した図２に示す構造の負極板とした。
【００４２】
＜電池の組立＞
前記シート状正極板およびシート状負極板をポリプロピレン製マイクロポーラスフィルムからなるセパレータを介して渦巻き状に捲回して円筒状とし、さらにプレス加工して扁平状の電極群を作製した。この電極群を底部に絶縁紙を配した有底矩形筒状のアルミニウム製外装缶に挿入した。つづいて、正極端子および負極端子（いずれも図示せず）が互いに電気的に絶縁して上部に形成された封口体の底部に前記電極群の正極板の正極リード、負極板の負極リードをそれぞれ抵抗溶接した状態で非水電解液を所定量注入した。その後、前記封口体を前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介してかしめ付けすることによって、幅７．０ｍｍ、長さ３０．０ｍｍ、高さ３４．０ｍｍで、前述した図１に示す角型非水電解液電池を組み立てた。なお、前記非水電解液としてはエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンが１：１の体積比率で混合した非水溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）を０．５モル／Ｌの濃度で溶解した組成のものを用いた。
【００４３】
（実施例２）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４４】
（実施例３）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にＳＵＳ３０４製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４５】
（実施例４）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にＳＵＳ４４４製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４６】
（実施例５）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さの０．５倍の直径（０．０５ｍｍ）を持つＮｉ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４７】
（実施例６）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さの０．７倍の直径（０．０７ｍｍ）を持つＮｉ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４８】
（比較例１）
線材が圧着されていない負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００４９】
（比較例２）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および線材が圧着されていない厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５０】
（比較例３）
厚さ０．３０ｍｍの正極板および厚さ０．１０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用い、この負極板にその負極板厚さと同じ直径を持つＡｌ製の線材を圧着した以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５１】
（比較例４）
厚さ０．５５ｍｍの正極板および厚さ０．２０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５２】
（比較例５）
厚さ０．５５ｍｍの正極板および線材が圧着されていない厚さ０．２０ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金製の負極板を用いた以外、実施例１と同様な角型非水電解液電池を組み立てた。
【００５３】
（参照例１）
＜正極の作製＞
二酸化マンガン９０重量部と導電剤である黒鉛粉末５重量部と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの水性ディスパージョン５重量部（固形分換算）とを混練して正極合剤を調製した。この正極合剤を集電体であるステンレス製のエキスパンドメタルに塗着した後、乾燥、圧延、裁断、さらに乾燥して厚さ０．４５ｍｍのシート状正極板を作製した。この正極板の幅方向に沿う一端部にステンレス製の正極リードを取り付けた。
【００５４】
＜負極の作製＞
厚さ０．１６ｍｍのＬｉ−Ａｌ合金（Ａｌ量：０．１重量％）の箔を前記正極板の活物質の放電容量と同等になる寸法に裁断してシート状負極板を作製した。つづいて、ニッケルめっき鋼板からなる負極リードの一端に前記負極板の厚さと同じ直径をもつＮｉ製線材をその負極リードの長手方向に対して直角になるように溶着させたＬ形部材を用意した。このＬ形部材を前記負極板に前記Ｎｉ製線材がその負極板の長手方向（後述する電極群を作製する際の捲回方向）に沿う端部に位置するとともに、前記負極リードが負極板の幅方向に沿う端部に位置するように載置し、さらにこれら線材およびリードを前記負極板に圧着することにより前述した図２に示す構造の負極板とした。
【００５５】
＜電池の組立＞
前記シート状正極板およびシート状負極板をポリプロピレン製マイクロポーラスフィルムからなるセパレータを介してその負極板が最外周に位置するように渦巻き状に捲回して円筒状の電極群を作製した。この電極群の底部に絶縁紙を配し、前記負極リードをこの絶縁紙の裏面側に回り込むように折り曲げた。つづいて、この電極群を前記絶縁紙とともに負極端子を兼ねる有底円筒状のアルミニウム製外装缶に前記負極リードが先頭になるように挿入した後、前記負極リードと前記外装缶の底部内面とを抵抗溶接した。このように円筒状電極群を有底円筒状の外装缶に収納した後、非水電解液を前記外装缶内に所定量注入した。ひきつづき、正極端子を兼ねる封口体の底部に前記電極群の正極板の正極リードを抵抗溶接した後、前記封口体を前記外装缶の上端開口部に絶縁ガスケットを介してかしめ付けすることによって、直径１７．０ｍｍ、高さ３４．５ｍｍを有する円筒型非水電解液電池を組み立てた。なお、前記非水電解液としてはエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンが１：１の体積比率で混合した非水溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）を０．５モル／Ｌの濃度で溶解した組成のものを用いた。
【００５６】
得られた実施例１〜６、比較例１〜５及び参照例１の電池について、以下に説明する方法により連続放電特性および重負荷放電特性を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００５７】
１）連続放電特性
前記各電池１０個について、温度２０℃の雰囲気で１００Ωの連続放電を行ない、終止電圧２．０Ｖまでの電気容量を測定し、比較例１の電気容量を１００とした時の相対値（％）［１０個当たりの平均相対値］として連続放電特性を評価した。
【００５８】
２）重負荷放電特性
前記各電池１０個について、温度２０℃の雰囲気で１２００ｍＡの間欠放電（１２００ｍＡの定電流を３秒間流し、７秒間休止する放電）を行ない、終止電圧１．５Ｖまでの電気容量を測定し、比較例１の電気容量を１００とした時の相対値（％）［１０個当たりの平均相対値］として重負荷放電特性を評価した。
【００５９】
また、製造工程において不具合を生じた電池、および連続放電特性の評価試験を実施した電池１０個を分解し、内部短絡やシート状負極板の破損に伴う放電に関与していない負極板の存在を確認し、これら不具合を生じていた割合を調べた。その結果を下記表１に併記する。
【００６０】
【表１】
前記表１から明らかなように、Ｎｉ製線材が捲回方向に圧着された負極板を有する実施例１の電池では、線材が圧着されていない負極板を有する比較例１の電池に比べて連続放電特性および重負荷放電特性が向上することがわかる。これは、実施例１においては線材を負極板の捲回方向に圧着されているため放電に伴って消費される負極板をその捲回方向に圧着したＮｉ製線材により電気的な導通を確保できるため、比較例１の電池に比べてより効率的に負極板を電池反応に関与させることができることに起因する。
【００６２】
厚さをより薄肉化した負極板を有する比較例２の電池では、比較例１の電池に比べて連続放電特性および重負荷放電特性が低下する。これは、比較例２において負極板をより薄肉化したために、負極板の強度が低下して扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板が破断されて、連続放電特性および重負荷放電特性が低下したものと考えられる。事実、対象となる電池を分解して調査したところ、放電に関与しなかった負極板が存在していた不具合からも明らかになった。
【００６３】
一方、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４４４のようなステンレス鋼からなる線材が捲回方向に圧着され、厚さをより薄肉化された負極板を有する実施例２〜４の電池では、線材が圧着されていない負極板を有する比較例１の電池に比べて連続放電特性がほぼ同等であったが、重負荷放電特性に関して大幅な向上が認められた。これは、負極を薄肉化することにより正極板と負極板の対向面積が増大したためである。また、扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板が破断されても、負極板の捲回方向に圧着したＮｉ製などの線材により電気的な導通を確保でき、さらに前記線材により負極板を繋ぎ止める効果もあり、負極板表面で不均一な反応が生じた場合でも前記線材により負極板に対して電気的な導通を確保できたことに起因する。
【００６４】
線材としてＡｌを用いた比較例３の電では、その線材が負極板の構成金属であるＬｉと合金化して脆弱になり、放電時に線材による負極板の繋ぎとめ効果が低下し、結果として比較例２と同等の放電特性になるに留まった。これは、対象となる電池を分解して調査したところ、放電に関与しなかった負極板が存在していた不具合からも明らかになった。
【００６５】
比較例４、５の電池では、いずれも連続放電特性が比較例１と同等であったが、負極板が０．１６ｍｍを超える厚さを有し、正極板と負極板の対向面積が減少したために重負荷放電特性の低下が認められた。また、負極板を厚くした関係で、扁平状電極群を作製する際の捲回、プレス加工の工程で負極板に大きなストレスが加わっても破断しなかった。このため、Ｎｉ製の線材を負極板の捲回方向に圧着した比較例４ではその線材による効果が認められなかった。
【００６６】
さらに、本発明における実施例１〜６の角型の電池は重負荷放電特性および体積エネルギー密度がいずれも参照例１の円筒型の電池に比べて増大することがわかる。
【００６７】
このように本発明のように負極板を薄肉化し、その負極板の捲回方向に所定の金属からなる線材を圧着することによって、この負極板および正極板をセパレータを挟んで捲回し、プレス加工することにより扁平状電極群を作製する際、負極板の破断を防ぎ、かつ万が一破断しても前記線材で負極板の電気的導通を確保できる。また、前記線材は負極板を繋ぎ止める効果もあり、負極板表面で不均一な反応が生じた場合でも前記線材により負極板に対して電気的な導通を確保できる。その結果、体積エネルギー密度の向上化、つまり高容量化を図りつつ、重負荷放電特性が向上された非水電解液電池を得ることができる。
【００６８】
なお、前記実施例では線材としてＮｉ，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４４４の材料を用いたが、銅、鉄、クロム等のリチウムと合金化しない金属、合金であれば前述した実施例と同様な効果を発揮できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、シート状負極板とシート状正極板をセパレータを介在して捲回し、プレス加工した電極群を備え、前記負極板を薄肉化しても破断が防止され、かつ前記負極板が万一破断されても電気的な導通を維持することが可能で、高容量化と重負荷放電特性の向上を達成した非水電解質電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る非水電解質電池、例えば角型非水電解質電池を示す概略断面図。
【図２】図１の角型非水電解質電池に組みこまれる負極板を示す展開図。
【符号の説明】
１…有底矩形筒状の外装缶、３…扁平状電極群、４…シート状負極板、５…セパレータ、６…シート状正極、７…線材、１２…封口体、１３…絶縁ガスケット。
Claims (3)
- シート状正極板およびリチウム金属またはリチウム合金からなるシート状負極板をセパレータを介して捲回し、プレス加工を施した扁平状電極群と、リチウム塩を含む非水電解質とを具備し、
前記負極板は、０．１６ｍｍ以下の厚さを有し、かつ捲回方向にリチウム金属と合金化しない金属の線材が形成されていることを特徴とする非水電解質電池。 - 前記線材は、０．０５ｍｍ以上、前記負極板の厚さ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 前記線材は、ニッケル、銅、鉄およびクロムから選ばれる少なくとも１つの元素を含む金属材料から作られることを特徴とする請求項１または２記載の非水電解質電池。
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