JP2925631B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は、リチウム、ナトリウムなどの軽金属を活物
質とする帯状負極と、金属の酸化物あるいはハロゲン化
物などを活物質とする帯状正極との間に、セパレータを
介して渦巻状に捲回してなる電極体を備えた非水電解液
電池に関するものである。

（ロ） 従来の技術 一般に、大きな電流を取り出すことが可能な電池を構
成する場合には、正、負極の間にセパレータを介在させ
渦巻状に捲回して電極体を構成する方法がとられる。こ
れにより、正負極の対向面積を大きくすることができる
からである。しかしながら、有機電解液を用いる非水電
解液電池においては、電解液の電導度が低いので、前述
したように正、負極の対向面積を大きくするだけでは充
分ではない。

このため、セパレータの厚みをできるだけ薄くして、
正負極間の距離を極力小さくする必要がある。このよう
な例として、特開昭60−23954号公報に見られる如く、
セパレータにポリエチレン製やポリプロピレン製の微多
孔膜を用いる方法がある。

しかしながら、このように、薄いセパレータを用いて
渦巻状の電極体を構成しただけではまだ充分とは言えな
かった。

つまり、一般にこの種電池の正極は、活物質に導電剤
としての炭素粉末と、結着剤としてのフッ素樹脂を混合
し、この混合物に水などを加えて得たペーストを、ステ
ンレスなどからなる芯体に塗着した後乾燥させて作製し
ている。このため、正極を取り扱う場合には、正極端部
の活物質が芯体から脱落し易く、また、渦巻状の電極体
を構成する場合においても、帯状の正極板が渦巻状に湾
曲することになるので、活物質が芯体から剥離、脱落す
ることがある。そして、この脱落した活物質粉末が正極
とセパレータの間に存在する状態で電極を捲回すると、
微小な活物質粉末が重みの薄い微多孔膜セパレータの孔
中に入り込んで、内部短絡を引き起こし、電圧不良が発
生するという問題があった。

（ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は、セパレータに合成樹脂製微多孔膜を用いた
渦巻状の電極体を製造する際に、微小な正極活物質粉末
により生じる内部短絡を防止しようとするものである。

（ニ） 課題を解決するための手段 本発明の非水電解液電池は、帯状の正極と、帯状の負
極との間に合成樹脂製微多孔膜セパレータを介して渦巻
状に捲回してなる電極体を備え、前記セパレータは少な
くとも一方の表面の孔径が内部の孔径より小さく、且つ
内部の孔径より小さい口径を有する表面は前記正極に面
することを特徴とするものである。

（ホ） 作用 正、負極間に介在するセパレータとして厚みの薄い合
成樹脂製微多孔膜を用いることにより、イオンの移動距
離を小さくすることができる。またイオンが移動し易い
ようにするためには、セパレータの孔径を大きくするこ
とが望ましく、一般に0.1〜1.0μの孔径の微多孔膜が用
いられている。

ところが、セパレータの孔径が大きくなると、微小な
正極活物質端末がセパレータの孔中に入り込み、セパレ
ータが薄いこともあって、容易に内部短絡を引き起こ
し、電池の電圧不良が生じる。これは、セパレータの孔
径が大きくなる程その傾向が著しくなる。

そこで、内部短絡を防止するために、微多孔膜セパレ
ータの孔径を小さくすることも考えられるが、孔径を単
に小さくしただけでは、セパレータの空孔率や透気度な
どが変化し、イオンの移動の妨げとなり、電池特性に悪
影響を及ぼしてしまう。

本発明では、微多孔膜セパレータの表面の孔径を小さ
くし、内部の孔径を表面より大きくすることにより、セ
パレータ全体としての空孔率及び透気度の低下を抑制
し、電池の放電特性に対する悪影響を防止することを可
能とした。一方、微多孔膜セパレータの表面の孔径が小
さくなることから電極を捲回する際に微小な正極活物質
粉末がセパレータの孔中に入り込んでセパレータを通過
することを抑制でき、これにより、電池内部短絡を防止
することが可能となる。

微多孔膜セパレータは、少なくとも一方の表面の孔径
を小さくすれば、内部短絡防止の効果があり、両方の表
面の孔径を内部の孔径より小さくすれば、より一層の内
部短絡防止効果が得られる。また、セパレータの一方の
表面においてのみ孔径を小さくする場合には、、正極に
面する表面の孔径を小さくすると、微小な正極活物質粉
末がセパレータの孔中に入り込むことを効率よく防止で
き有効である。

また、微多孔膜セパレータの表面の孔径は、0.01以上
0.1μ未満とすることが望ましく、これにより、内部短
絡をより一層防止することが可能となる。

（ヘ） 実施例 本発明の一実施例を以下に示し、比較例との対比に言
及する。

正極活物質としての二酸化マンガン粉末、導電剤とし
ての炭素粉末、及び結着剤としてのフッ素樹脂粉末を混
合し水を加えてペーストを作製し、このペーストをステ
ンレス製のラス板に塗着、乾燥した後、加熱処理して帯
状の正極を得た。

セパレータには、膜厚が30μ、透気度が100秒/100cc
・枚、空孔率が60％のポリエチレン製の微多孔膜を用意
した。第２図は、このセパレータの断面図であり、一方
の表面の孔径のみ中央部及び他方の表面の孔径より小さ
くなっており、この小さい部分の平均孔径は0.05μとな
っている。

上記セパレータの孔径の大きな面をリチウム負極に対
向するようにして、セパレータでリチウム負極を覆い、
これに正極を重ねた後、これらを渦巻状に捲き取り電極
体を作製した。次いで、この電極体を電池外装缶に挿入
し、電解液としてプロピレンカーボネートとジオキソラ
ンの混合溶媒に過塩素酸リチウムを溶解したものを注液
した後、封口して本発明電池Ａを得た。

第１図は、上記電池の縦断面図であり、図面におい
て、１は正極、２は負極、３はセパレータ、４は正極端
子を兼用する電池外装缶、５は外装缶４の開口部を絶縁
パッキング６を介して封口する負極端子兼用の封口蓋、
７は正極１と外装缶４とを電気的に接続する正極リー
ド、８は負極２と封口蓋５を電気的に接続する負極リー
ド、９および10は絶縁部材である。

また、比較として、第３図のセパレータの縦断面図に
示すように、孔径が表面と内部で均一で0.2μであり、
且つ膜厚、透気度及び空孔率は前述と同一のセパレータ
を用い、その他は前記電池Ａと同一条件で比較電池Ｂを
作製した。

前記電池Ａ及びＢを夫々500個用いて開路電圧を測定
し、開路電圧不良数を調べた。また、これら電池Ａ及び
Ｂを、室温と−20℃の二通りの温度において、1.0Aの電
流で３秒間放電した後、７秒間休止し、これを繰り返す
という条件でパルス放電を行なった。これらの結果を下
表に示す。尚、表中のパルス放電相対値は、電池Ｂのパ
ルス放電回数を100として示している。

上表より、本発明電池Ａは開路電圧不良の発生が減少
していることがわかる。これは、本発明電池に用いたセ
パレータの孔径が、その表面において小さくなっている
ため、正極活物質粉末がセパレータを通過して負極に達
することができず、内部短絡がなくなったためと考えら
れる。

また、パルス放電特性の結果を見ても、本発明電池Ａ
は室温、−20℃のいずれの場合においても、比較電池Ｂ
と同程度の特性を示している。この理由は、セパレータ
の表面の孔径が小さくなっても、内部の孔径が大きいた
め、実質的にイオンの移動に与える影響は比較電池Ｂと
変わらないからと考えられる。

（ト） 効果 本発明の非水電解液電池は、少なくとも一方の表面の
孔径が内部の孔径より小さく、且つ内部の孔径より小さ
い口径を有する表面は前記正極に面するセパレータを用
いたものであるから、正極活物質粉末がセパレータの孔
中に入り込み、セパレータを通過することによる電池内
部短絡を防止することができると共に、セパレータ全体
としての空孔率及び透気度を維持でき、電池の放電特性
の低下を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電池の縦断面図、第２図は本発明電池の
セパレータの断面図、第３図は比較電池のセパレータの
断面図である。 １……正極、２……負極、３……セパレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−46650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−163148（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 2/16 - 2/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯状の正極と、帯状の負極との間に、合成
   樹脂製微多孔膜セパレータを介して渦巻状に捲回してな
   る電極体を備え、前記セパレータは少なくとも一方の表
   面の孔径が内部の孔径より小さく、且つ内部の孔径より
   小さい口径を有する表面は前記正極に面することを特徴
   とする非水電解液電池。