JP3032925B2 - 非水電池 - Google Patents
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Description
の活物質、またはリチウムイオンを吸蔵放出できる活物
質を負極とする非水電池に関するものである。
すい活物質(軽金属またはその合金、またはリチウムイ
オンを吸蔵放出できる物質)が用いられるため、電解質
に水を用いないとともに、電池容器に完全密閉構造を施
し外部からの水分の侵入を防いでいる。電池容器は、
缶、キャップ、封口板等の金属部品と、樹脂製ガスケッ
トとにより構成される。この缶、キャップ、封口板等の
金属部品は、材質としては次のようなものが提案されて
いる。負極端子を兼ねる円筒型電池容器(缶)としてニ
ッケルメッキ鉄板(特開平1−279578)、正極端
子を兼ねる封口板としてアルミニウム(特開平1−27
9578)。負極端子を兼ねるコイン型電池の封口板と
してモリブデンを1から3重量パーセント及びクロムを
15から18重量パーセント含む鋼(SUS444相
当、特開平2−174078)。鉄(特公昭61−17
335)、アルミニウム(特開昭58−15416
3)、オーステナイト系ステンレス鋼(特開昭58−1
57050、特開昭61−232555)、銅(特開昭
61−245462)、オーステナイトフェライト二相
系ステンレス鋼(特開昭61−285653)、フェラ
イト系ステンレス鋼(特開昭63−124358、特開
平2−126554)など。
またはリチウムイオンを吸蔵放出できる活物質を負極と
する非水電池は電池電圧が従来の水系電池より高い。例
えば水系電池ではアルカリ電池1.5ボルト、ニカド電
池1.2ボルト、鉛蓄電地1.2ボルトに対し、非水電
池ではリチウムフッ化カーボン電池3ボルト、リチウム
コバルト酸化物正極カーボン負極のリチウムイオン電池
3.6ボルト、ポリアニリン誘導体正極電池3.8ボル
ト、LiCoO2正極/リチウム含有遷移金属酸化物
(例えば、LipCoqV1-qOr、p=0.7から3、q
=0から1、r=1.2から5.5)負極電池3ボルト
である。これらの非水電池の容器材としてアルミニウ
ム、ニッケルメツキ鉄板、SUS304、SUS430
で封口板を作成すると、次の点が問題となった。すなわ
ち、アルミニウムを封口板に用いた電池は封口板に力学
的強度が無く(剛性の不足)、封口板中に安全弁を収納
しようとした場合、安全弁部品の一つである弾性体によ
って次第に変形していく。また、内圧が上昇した場合、
容易に変形した。また、電池を落下させると衝撃で容易
に変形した。ニッケルメツキ鉄板を封口板に用いた電池
では、保存中に封口板が著しく腐食した。また、SUS
304、SUS430を封口板に用いた電池では、保存
中、封口板に多数の腐食孔の発生が見られた。
器(缶)は、上記封口板にくらべ腐食することが少な
い。通常負極と電気的に接続されており、腐食電位より
低い電位に抑えさえられていると考えられ、腐食しな
い。しかし、電池が過放電されると腐食する場合があ
る。ニッケルメッキ鉄板を用いた電池で過放電すると腐
食は著しい。また、SUS304を円筒型の電池容器
(缶)に用いた電池では、過放電によって電池容器内側
に多数の腐食孔の発生が見られた。このような部材の腐
食は放っておくと活物質表面に腐食溶解した部材素材金
属が析出し電池性能が低下するほか、程度によっては容
器自身に穴が開き、完全密閉構造が保てず、漏液、電池
劣化などを来す。これらの解決策として特開平2−17
4078にはモリブデンを1から3重量パーセント及び
クロムを15から18重量パーセント含む鋼(SUS4
44相当)を負極封口板とする電池が開示されている。
この鋼は確かに該腐食に対して耐性を有する。しかしな
がら、この鋼は加工性の点で今一つ満足行くものではな
かった。
な従来技術の欠点を鑑み、腐食に強く、剛性があり、加
工性の良い非水電池を提供しようとするものである。
る課題は次の手段で解決する事ができた。無機化合物正
極活物質からなる正極と、軽金属またはその合金の活物
質、またはリチウムイオンを吸蔵放出できる活物質の負
極及び非水電解質からなり、充電折返し電圧が3.6か
ら5ボルトである円筒型電池において、該電池容器の負
極端子を兼ねる電池缶が、モリブデン含量1.7〜4重
量%、ニッケル含量10〜15重量%、クロム含量16
〜19重量%であるオーステナイト系ステンレス鋼から
なることを特徴とする二次電池。
むさびにくい性質を備えたFe−Cr鋼である。この合
金は大気中においてその表面にごく薄い不働態皮膜を生
成してその後の腐食はほとんど生じない。従ってこの合
金で作成された部品は塗装やメッキが不要である。ステ
ンレス鋼はその金属組織によってマルテンサイト系、フ
ェライト系、オーステナイト系、フェライト・オーステ
ナイト系、セミ・オーステナイト系に分類される。オー
ステナイト系ステンレス鋼とはFe−Cr−Ni系また
はFe−Cr−Mn系に属し、オーステナイト組織を示
すもので、低温から高温にわたる広い温度範囲において
高い強度とすぐれた延性をもっている。摂氏約1000
度以上の温度から急冷する固溶化熱処理によって非磁性
の完全なオーステナイト組織となり、優れた耐食性と最
大の延性が得られる。
負極端子を兼ねる電池缶に、モリブデン含量1.7〜4
重量%、ニッケル含量10〜15重量%、クロム含量1
6〜19重量%であるオーステナイト系ステンレス鋼か
らなるものを用いる。
水電解質などの発電要素を収納し内部を密閉に保つとと
もに正極端子と負極端子を絶縁しながら取り出す役割を
持つものである。円筒型の場合、円筒型をした端子を兼
ねる電池缶、その開口端を閉鎖するもうひとつの端子を
兼ねる封口板やキャップ、封口板やキャップと電池缶の
間を絶縁するガスケットである。これらのうち本発明の
モリブデンを含むオーステナイト系ステンレス鋼を用い
るべきものは、負極端子を兼ねる電池缶の部分である。
は、無機化合物正極活物質からなる活物質であり、負極
については、軽金属またはその合金の活物質、またはリ
チウムイオンを吸蔵放出できる活物質である。無機化合
物正極活物質のうち、Co酸化物(特開昭52−12,
424、DE−2,606,914など)、Li−Co
酸化物(US−3,945,848、US−4,34
0,652など)、Li−Ni−Co酸化物(EP−2
43,926A、特開昭63−114,063、特開昭
63−211,565、特開昭63−299,056、
特開平1−120,765など)、V酸化物(FR 2
1,611,796、特開昭55−53,077、特開
昭62−140,362、特開昭62−227,358
など)、Li−V酸化物(電気化学48巻432(19
80)、ジャーナル オブ エレクトロケミカル ソサ
エティー 130巻1225(1983)、特開平2−
12,769など)、Mn酸化物(EP 269,85
5、特開昭63−58,761など)、Li−Mn酸化
物(特開昭56−136,464、特開昭56−11
4,064、特開昭56−114,065、特開昭56
−148,550、特開昭56−221,559、特開
平1−5,459、特開平1−109,662、特開平
1−128,371、特開平1−209,663、特開
平2−27,660)、Li−Ni−Mn酸化物(特開
昭63−210,028など)などがあげられる。
活物質とは、リチウム金属、リチウム合金(Al、Al
−Mn(US 4,820,599)、Al−Mg(特
開昭57−98,977)、Al−Sn(として63−
6,742)、Al−In、Al−Cd(特開平1−1
44,573))などである。また本発明で言うリチウ
ムイオンを吸蔵放出できる活物質とは、焼成炭素質化合
物(特開昭58−209,864、特開昭61−21
4,417、特開昭62−88,269、特開昭62−
216,170、特開昭63−13,282、特開昭6
3−24,555、特開昭63−121,247、特開
昭63−121,257、特開昭63−155,56
8、特開昭63−276,873、特開昭63−31
4,821、特開平1−204,361、特開平1−2
21,859、特開平1−274,360など)、リチ
ウム含有遷移金属酸化物(特願平4−106642、)
などを言う。なかでも、リチウム含有遷移金属酸化物と
して、LieMfOg(ここでM=Ti、V、Cr、M
n、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Wから選ばれる少
なくとも1種、e=0.7から3、f=1あるいは2、
g=1から5.5)に好適に適用される。また、Lie
MfOg(ここでM=V、Mn、Fe、Co、Niから選
ばれる少なくとも1種、e=0.7から3、f=1ある
いは2、g=1から5.5)により好適に適用される。
また、LipCoqV1-qOr(ここでp=0.7から3、
q=0から1、g=1.2から5.5)に最も好適に適
用される。
昭63−148,554)あるいは、ポリフェニレン誘
導体(特開昭59−20,971)などの導電性材料を
含ませることができる。
ート、エチレンカーボネート、ガンマ−ブチルラクト
ン、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、ジメチルスルフォキシ
ド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホ
ルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメ
タン、リン酸トリエステル(特開昭60−23,97
3)、トリメトキシメタン(特開昭61−4,17
0)、ジオキソラン誘導体(特開昭62−15,77
1、特開昭62−22,372、特開昭62−108,
474)、スルホラン(特開昭62−31,959)、
3−メチル−2−オキサゾリジノン(特開昭62−4
4,961)、プロピオンカーボネート誘導体(特開昭
62−290,069、特開昭62−290,07
1)、テトラヒドロフラン誘導体(特開昭63−32,
872)、エチルエーテル(特開昭63−62,16
6)、1,3−プロパンスルトン(特開昭63−10
2,173)などの非プロトン性有機溶媒の少なくとも
1種以上を混合した溶媒とその溶媒に溶けるリチウム
塩、例えば、ClO4-、BF4-、PF6-、CF3SO3
-、CF3CO2-、AsF6-、SbF6-、B10Cl10(特
開昭57−74,974)、(1,2−ジメトキシエタ
ン)2ClO4-(特開昭57−74,977)、低級脂
肪族カルボン酸塩(特開昭60−41,773)、Al
Cl4-、Cl-、Br-、I-(特開昭60−247,2
65)、クロロボラン化合物(特開昭61−165,9
57)、四フェニルホウ酸(特開昭61−214,37
6)などの一種以上から構成されている。なかでも、プ
ロピオンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンの混
合液にLiClO4あるいはLiBF4あるいはLiPF
6を含む電解液が代表的である。
解質も用いることができる。(本発明で言う非水電解質
とは以下のような固体電解質を含む。)固体電解質は、
無機固体電解質と有機固体電解質に分けられる。無機固
体電解質には、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩
などが良く知られている。中でも、Li3N、LiI、
Li5NI2、Li3N−LiI−LiOH、LiSiO
4、LiSiO4−LiI−LiOH(特開昭49−8
1,899)、xLi3PO4−(1−x)Li4SiO4
(特開昭59−60,866)、Li2SiS3(特開昭
60−501,731)、硫化リン化合物(特開昭62
−82,665)などが有効である。有機固体電解質で
は、ポリエチレンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポ
リマー(特開昭63−135,447)、ポリプロピレ
ンオキサイド誘導体か該誘導体を含むポリマー、イオン
解離基を含むポリマー(特開昭62−254,302、
特開昭62−254,303、特開昭63−193,9
54)、イオン解離基を含むポリマーと上記非プロトン
性電解液の混合物(US 4,792,504、US
4,830,939、特開昭62−22,375、特開
昭62−22,376、特開昭63−22,375、特
開昭63−22,776、特開平1−95,117)、
リン酸エステルポリマー(特開昭61−256,57
3)が有効である。さらに、ポリアクリロニトリルを電
解液に添加する方法もある(特開昭62−278,77
4)。また、無機と有機固体電解質を併用する方法(特
開昭60−1,768)も知られている。
所定の機械的強度を持つ、絶縁性の薄膜である。耐有機
溶剤性と疎水性からポリプロピレンなどのオレフィン系
の不織布やガラス繊維などがもちいられている。
ンレス鋼、アルミニウムの他に、導電性高分子用には多
孔質の発泡金属(特開昭59−18,578)、チタン
(特開昭59−68,169)、エキスパンデットメタ
ル(特開昭61−264,686)、パンチドメタル、
負極には、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、アルミニ
ウム、銅の他に、多孔質ニッケル(特開昭58−18,
883)、多孔質アルミニウム(特開昭58−38,4
66)、アルミニウム焼結体(特開昭59−130,0
74)、アルミニウム繊維群の成形体(特開昭59−1
48,277)、ステンレス鋼の表面を銀メッキ(特開
昭60−41,761)、フェノール樹脂焼成体などの
焼成炭素質材料(特開昭60−112,264)、Al
−Cd合金(特開昭60−211,779)、多孔質の
発泡金属(特開昭61−74,268)などが用いられ
る。これらの中で担体の材質としてはオーステナイト系
ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、銅などを用いる
ことが望ましい。
化学変化を起こさない電子伝導体であれば良い。例え
ば、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、アルミニウム、
銅、銅のニッケルメッキ体(特開昭48−36,62
7)、銅のチタンメッキ体、硫化物の正極活物質にはス
テンレス鋼の銅処理体(特開昭60−175,373)
などが用いられる。これらの中で集電体の材質としては
実質的に磁性のないオーステナイト系ステンレス鋼、ニ
ッケル、アルミニウム、チタン、銅などを用いることが
望ましい。
て化学変化を起こさない電子伝導体であれば良い。例え
ば、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、アルミニウム、
銅、銅のニッケルメッキ体(特開昭48−36,62
7)、銅のチタンメッキ体、ステンレス鋼の銅処理体
(特開昭60−175,373)などが用いられる。こ
れらの中でリード板の材質としては実質的に磁性のない
オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウ
ム、チタン、銅などを用いることが望ましい。
その一つは、円筒型、角型の場合、一方の端子を兼ねる
円筒型または角筒型をした電池缶と、その開口端を閉塞
する他方の端子を兼ねる封口板やキャップとの間に、絶
縁性質ガスケットを配置するもので、この方法では、通
常、電池缶、絶縁性ガスケット、封口板やキャップを重
ねた後、電池缶開口部に力を加えて絶縁性ガスケットを
押圧する側への塑性変形を施す事(クリンプ封口、カシ
メ封口と呼ばれる)で封口される。封口方法の別の一つ
は、フタの周辺と金属缶との接合を溶接により行う方法
である。溶接には電気溶接、レーザー溶接等が用いられ
る。封口方法さらに別の方法は正極端子を兼ねる容器部
材と負極端子を兼ねる容器部材の間に絶縁部材を配置
し、絶縁部材と容器の間を接着して封口する方法であ
る。接着には接着剤の他、ヒートシール、超音波シール
などが用いられる。
形、フイルム型などに適用できる。
ある。 (1) 無機化合物正極活物質からなる正極と、軽金属
またはその合金の活物質、またはリチウムイオンを吸蔵
放出できる活物質の負極及び非水電解質からなる電池に
おいて、該電池容器の負極端子を兼ねる電池缶が、モリ
ブデン含量1.7〜4重量%、ニッケル含量10〜15
重量%、クロム含量16〜19重量%であるオーステナ
イト系ステンレス鋼からなることを特徴とする二次電
池。 (2) 電池が、無機化合物正極活物質からなる正極
と、リチウムまたはその合金の活物質、またはリチウム
イオンを吸蔵放出できる活物質の負極及び非水電解質か
らなる電池である(1)記載の二次電池。 (3) 電池が、無機化合物正極活物質からなる正極
と、リチウムイオンを吸蔵放出できる活物質の負極及び
非水電解質からなる電池である(1)記載の二次電池。 (4) 電池が、無機化合物正極活物質からなる正極
と、リチウム含有酸化物の負極及び非水電解質からなる
電池である(1)記載の二次電池。 (5) 電池が、無機化合物正極活物質からなる正極
と、リチウム含有遷移金属酸化物の負極及び非水電解質
からなる電池である(1)記載の二次電池。 (6) 電池容器の正極端子を兼ねる容器部材が前記電
池缶と同じオーステナイト系ステンレス鋼からなる
(1)記載の二次電池。
く説明するが、本発明の趣旨を越えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。 (1)実施例および比較例の電池の作成 実施例1.正極活物質としてLiCoO2(炭酸リチウ
ムと炭酸コバルトを空気中で摂氏900度6時間焼成)
を用いた正極、負極活物質としてLi1.0Co0.25V0.7
5O2.5(炭酸リチウム、炭酸コバルト、メタバナジン酸
アンモニウムを空気中で摂氏900度6時間焼成)を用
いた負極、1mol/l LiBF4(プロピレンカー
ボネートと1,2−ジメトキシエタンの等容量混合液)
の電解液、及び多孔質のポリプピレン膜のセパレーター
を発電要素として用い、モリブデンを含むオーステナイ
ト系ステンレス鋼(組成分析値、ニッケル11.67重
量パーセント、クロム17.97重量パーセント、モリ
ブデン2.31重量パーセント、鉄64.25重量パー
セント)製の正極端子を兼ねる封口板(肉厚0.3ミリ
メートル)、モリブデンを含むオーステナイト系ステン
レス鋼(組成分析値、ニッケル11.67重量パーセン
ト、クロム17.97重量パーセント、モリブデン2.
31重量パーセント、鉄64.25重量パーセント)製
の正極端子を兼ねるキャップ(肉厚0.3ミリメート
ル)、モリブデンを含むオーステナイト系ステンレス鋼
(組成分析値、ニッケル11.67重量パーセント、ク
ロム17.97重量パーセント、モリブデン2.31重
量パーセント、鉄64.25重量パーセント)製の負極
端子を兼ねる電池缶(肉厚0.3ミリメートル)、及び
合成樹脂(ポリプピレン)製の絶縁性ガスケットなる部
材により、図1に示すような円筒型リチウム電池を作成
した。
質をニッケルメッキ鉄板とした他は、実施例1と同様に
電池を作成した。
ンレス鋼(組成分析値、ニッケル8.38重量パーセン
ト、クロム18.60重量パーセント、鉄68.80重
量パーセント)とした他は、実施例1と同様に電池を作
成した。
ンレス鋼(組成分析値、ニッケル8.38重量パーセン
ト、クロム18.60重量パーセント、鉄68.80重
量パーセント)、正極端子を兼ねるキャップの材質をニ
ッケルメッキ鉄板とした他は、実施例1と同様に電池を
作成した。
ップ、負極端子を兼ねる負極缶の材質をモリブデンを含
むフェライト系ステンレス鋼(組成分析値、クロム1
7.5重量パーセント、モリブデン2.2重量パーセン
ト、鉄79.1重量パーセント)とした他は、実施例1
と同様に電池を作成した。
ップ、負極端子を兼ねる負極缶の材質をアルミニウム
(組成分析値、アルミニウム99.3重量パーセント、
鉄0.6重量パーセント)とした他は、実施例1と同様
に電池を作成した。
ップ、負極端子を兼ねる負極缶の材質をモリブデンを含
まないオーステナイト系ステンレス鋼(組成分析値、ニ
ッケル8.96重量パーセント、クロム18.25重量
パーセント、鉄69.58重量パーセント)とした他
は、実施例1と同様に電池を作成した。
ップ、負極端子を兼ねる負極缶の材質をニッケルメッキ
鉄板とした他は、実施例1と同様に電池を作成した。
流密度で3.6ボルトから1.8ボルトの範囲で充放電
を300回繰り返し、電池を分解して内部の腐食の様子
を調べた。結果を表1に示した。比較例4の電池は封口
板の内側が腐食し黒く変色した。
トの電源を接続し、室温で1か月間過充電し、電池を分
解して内部の腐食の様子を調べた。結果を表2に示し
た。比較例3、比較例4の電池は封口板が激しく腐食
し、穴が開いて漏液した。
流密度で0ボルトまで放電後、負極端子側がプラスとな
るよう3.5ボルトの電源を接続し、室温で1か月間過
放電し、電池を分解して内部の腐食の様子を調べた。結
果を表3に示した。比較例4の電池は負極端子を兼ねる
負極缶の内部が激しく腐食し、一部に穴が開いて漏液し
た。なお、参考例1、参考例2、比較例3の電池の負極
端子を兼ねる負極缶の内部には顕微鏡で確認できる程度
の微小な窪みが生じていた(この程度ならば電池の用途
によっては問題無いと思われる)。
4に示した。比較例2の電池では封口板が安全弁の押圧
力によって若干変形した。
調べた。結果を表5に示した。比較例1は他の例に比べ
10倍程度不良数が多い。
実施例に示した本発明の電池は、比較例に示した従来の
電池に比べ、腐食に強く、剛性があり、加工性に優れ
る。
く、剛性があり、加工性が良い非水電池を提供すること
ができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 無機化合物正極活物質からなる正極と、
軽金属またはその合金の活物質、またはリチウムイオン
を吸蔵放出できる活物質の負極及び非水電解質からな
り、充電折返し電圧が3.6から5ボルトである円筒型
電池において、該電池容器の負極端子を兼ねる電池缶
が、モリブデン含量1.7〜4重量%、ニッケル含量1
0〜15重量%、クロム含量16〜19重量%であるオ
ーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする
二次電池。 - 【請求項2】 前記無機化合物正極活物質が、LiCo
O2 である請求項1記載の二次電池。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4256629A JP3032925B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 非水電池 |
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