JP3154483B2 - Battery - Google Patents

Battery

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JP3154483B2
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電池、特に改良された集電体を有する電池
に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to batteries, and more particularly to batteries having improved current collectors.

[従来の技術] 一般に、電池、特に非水電解液電池の集電体にエキス
パンドメタルを使用することは公知である(特開昭57−
11473号公報、特開昭61−151975号公報)。
[Prior Art] In general, it is known to use an expanded metal for a current collector of a battery, especially a non-aqueous electrolyte battery (Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-157).
11473, JP-A-61-151975).

エキスパンドメタルは金属薄板にミシン目状に切り込
みを入れ、引張ることにより製造するメッシュ状物であ
り、リチウム1次電池等に特に多用されている。本製造
法によれば金属薄板の厚みがあまり薄いとアミ目がとこ
ろどころ切れたり、全体が切断されてしまうなどで200
μm位の厚みが限度であった。材質についてはチタン、
アルミニウム、ステンレス等、種々のものがあるが、機
械的強度、耐食性、コストの点からステンレスが最も好
ましい。
Expanded metal is a mesh-like material produced by cutting a metal sheet into perforations and pulling it, and is particularly frequently used in lithium primary batteries and the like. According to this manufacturing method, if the thickness of the metal sheet is too small, the streaks may be cut in places, or the whole may be cut.
The thickness on the order of μm was the limit. The material is titanium,
There are various types such as aluminum and stainless steel, but stainless steel is most preferable in terms of mechanical strength, corrosion resistance and cost.

正極、負極は活物質と集電体よりなるが、各極の厚み
を薄くすることが特にスパイラル(うず巻き状)型構造
の電極よりなる電池(例えばMnO2正極、Li負極の非水電
解液一次電池や二次電池)に望まれている。
Positive, although the negative electrode consists of active material and the current collector, the battery (e.g., MnO 2 positive electrode, a non-aqueous electrolyte primary of Li negative electrode reducing the thickness of each pole is formed of particular electrodes spiral (spiral) structure Batteries and secondary batteries).

その理由は各極を薄くすることにより、スパイラル電
極の巻き取り直径が一定の場合、巻き長をより長くする
ことができるため、正、負極の対向面積が大となり、大
電流放電や大電流充電が可能となるからである。実際に
固体状活物質は粉砕等により、微粉化できるので厚みを
決定する因子とはならず、集電体の厚みが各極の厚みを
決定することになり、集電体の厚みの低減が望まれてい
た。集電体を薄くするだけなら金属箔等を使用する方法
もあるが、この場合、金属箔上に活物質が塗設されるだ
けなので、エキスパンドメタルの様に活物質層から三次
元的に集電できず、内部抵抗の増加を招くという欠点が
あり、その他にもコスト高であるとか、集電体との接着
性が悪いためにバインダー量を増加する必要があるなど
といった問題点もあった。
The reason is that if the winding diameter of the spiral electrode is constant by making each electrode thinner, the winding length can be made longer, so that the area of the positive and negative electrodes facing each other becomes large, and large current discharge and large current charge Is possible. Actually, the solid active material can be pulverized by pulverization or the like, so that it does not become a factor in determining the thickness. Was desired. To simply make the current collector thin, there is a method of using a metal foil or the like. It has the drawback that it cannot be charged and causes an increase in internal resistance.In addition, there are also problems that the cost is high and the amount of binder needs to be increased because of poor adhesion to the current collector. .

[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、こうした実状に鑑み低コストで集電
性もよく、耐食性、機械的強度も高い薄いステンレス製
エキスパンドメタルを電極集電体として使用することに
より大電流放電(二次電池の場合は大電流充放電)可能
な電池を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to use a thin stainless steel expanded metal having a low cost, a good current collecting property, a high corrosion resistance and a high mechanical strength as an electrode current collector in view of the above situation. It is an object of the present invention to provide a battery capable of large current discharge (high current charge / discharge in the case of a secondary battery).

[課題を解決するための手段] 本発明者らは前記した課題を解決するため、ステンレ
ス製エキスパンドメタルの薄層化について鋭意検討した
結果、ステンレス材の中でもSUS430Hを使用することに
より、25〜50μmの厚さでエキスパンドメタルが作成可
能であること、及びSUS304、430、316等でも焼きなまし
を行ったものは25〜50μmの厚さでエキスパンドメタル
が作成できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made intensive studies on the thinning of expanded metal made of stainless steel. Expanded metal can be made with a thickness of SUS304, 430, 316, etc., and those that have been annealed can find that an expanded metal can be made with a thickness of 25 to 50 μm. .

すなわち、本発明は、正極、負極の少なくとも一方の
電極が、厚さ50μm以下のステンレスSUS430H製エキス
パンドメタルを含有している電池である。
That is, the present invention is a battery in which at least one of the positive electrode and the negative electrode contains an expanded metal made of stainless steel SUS430H having a thickness of 50 μm or less.

上記のように、本発明の電池は基本的には正極、負
極、電解液から構成される電池において、両電極の少な
くとも一方の集電体として50μm以下のステンレス製エ
キスパンドメタルを使用するものである。
As described above, the battery of the present invention basically uses a stainless expanded metal of 50 μm or less as a current collector for at least one of the two electrodes in a battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte. .

使用するステンレスの材質としては、SUS430Hが好ま
しく、これを使用するときは通常の方法で50μm以下の
エキスパンドメタルとすることができる。又、SUS304、
430、316を用いる場合には、例えば電気炉にて650〜700
℃で30分間加熱後電源を切り、室温まで徐冷することに
より焼きなましたものも同様に50μm以下のエキスパン
ドメタルとすることができる。
The material of the stainless steel to be used is preferably SUS430H. When this is used, expanded metal of 50 μm or less can be used by a usual method. Also, SUS304,
When using 430, 316, for example, 650-700 in an electric furnace
After heating at 30 ° C. for 30 minutes, the power is turned off, and the material is annealed by gradually cooling to room temperature. Similarly, expanded metal of 50 μm or less can be obtained.

本発明の電池において、正極及び負極活物質、電解
液、セパレータ等集電体以外の材料については公知のも
のを用いることができる。
In the battery of the present invention, known materials such as a positive electrode and a negative electrode active material, an electrolytic solution, and a separator other than the current collector can be used.

すなわち、正極、負極は活物質と集電体からなるのが
一般的である。活物質としては正極では例えばMnO2、V2
O5、TiS、MoS2、HgO、Ag2O、O2、(CF)、CuO、SOC
l2、PbO2、NiOOH、S、Br2、FeS2、活性炭、ポリアニリ
ン、ポリピロール等が挙げられる。負極ではZn、Li、P
b、Cd、Fe、H2、Na、Al、グラファイト、ピッチコーク
ス等の有機物焼成体等が挙げられる。本発明の電池に使
用される集電体はこれらの活物質のうち、固体状物質を
活物質とする電極に適用される。
That is, the positive electrode and the negative electrode generally include an active material and a current collector. As the active material, for example, MnO 2 , V 2
O 5, TiS, MoS 2, HgO, Ag 2 O, O 2, (CF) n, CuO, SOC
l 2 , PbO 2 , NiOOH, S, Br 2 , FeS 2 , activated carbon, polyaniline, polypyrrole and the like. In the negative electrode, Zn, Li, P
b, Cd, Fe, H 2 , Na, Al, graphite, and an organic fired body such as pitch coke. The current collector used in the battery of the present invention is applied to an electrode using a solid material as an active material among these active materials.

電解液についてはZnCl2水溶液、KOH水溶液、Li塩の有
機溶媒溶液、H2SO4水溶液等が挙げられる。セパレータ
ーとしては微孔性ポリプロピレン膜や微孔性ポリエチレ
ン膜、ポリアミド不織布、紙等が挙げられる。
Examples of the electrolyte include an aqueous solution of ZnCl 2, an aqueous solution of KOH, an organic solvent solution of a Li salt, and an aqueous solution of H 2 SO 4 . Examples of the separator include a microporous polypropylene film and a microporous polyethylene film, a polyamide nonwoven fabric, and paper.

本エキスパンドメタルを用いて電極を作成する方法と
しては例えばMnO2を正極活物質として使用する場合はMn
O2粉体とカーボンブラック、グラファイト等の導電材と
テフロンディスパージョンとを所定量混練し、本エキス
パンドメタルに塗設し、加圧ローラー等で厚みを均一に
すればよい。Li負極として使用する場合は所定厚みのリ
チウム箔を本エキスパンドメタルと重ね合せ、加圧する
ことにより一体化すればよい。他の活物質についても同
様に処理すればよい。
As a method of preparing an electrode using the expanded metal, for example, when MnO 2 is used as a positive electrode active material,
A predetermined amount of O 2 powder, a conductive material such as carbon black or graphite, and Teflon dispersion may be kneaded and applied to the expanded metal, and the thickness may be made uniform with a pressure roller or the like. When used as a Li negative electrode, a lithium foil having a predetermined thickness may be superimposed on the expanded metal and integrated by pressing. Other active materials may be similarly treated.

本発明の電池は、上記正極、セパレーター、負極を重
ね合せ、スパイラル構造としてもよいし、重ね合せたま
ま、シート型、コイン型電池としてもよい。更に複数層
重ね合せていわゆるガム型(角型)電池としてもよい。
The battery of the present invention may have a spiral structure by laminating the above-described positive electrode, separator, and negative electrode, or may have a sheet-type or coin-type battery while being superposed. Further, a plurality of layers may be stacked to form a so-called gum (square) battery.

[実施例] 以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明す
る。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

実施例1 厚さ25μmのSUS430Hで第1図においてa=1mm、b=
0.5mm、c:0.2mmのエキスパンドメタルを作製した。
Example 1 In FIG. 1, a = 1 mm, b =
An expanded metal of 0.5 mm and c: 0.2 mm was produced.

熱処理電解二酸化マンガン80重量部、グラファイト10
重量部、60%テフロンディスパージョン10重量部を充分
に混練し、上記エキスパンドメタルの両面に塗設し、幅
45mm、長さ40cm、厚さ80μmの正極を作成した。
80 parts by weight of heat-treated electrolytic manganese dioxide, graphite 10
Parts by weight, 10 parts by weight of 60% Teflon dispersion are thoroughly kneaded and applied to both sides of the expanded metal.
A positive electrode having a size of 45 mm, a length of 40 cm, and a thickness of 80 μm was prepared.

幅45mm、長さ40cm、厚さ50μmのリチウム箔を負極と
し、ポリプロピレン製セパレーターと共にスパイラル構
造の電極を作成し、単3の電池缶に収納した。ジメトキ
シエタン50重量部、プロピレンカーボネート50重量部の
混合溶媒にLiBF4を1mol/になるように溶解したものを
電解液として使用し、単3型リチウム電池を試作した。
本電池の短絡電流値は22.5Aであった。
An electrode having a spiral structure was prepared using a lithium foil having a width of 45 mm, a length of 40 cm and a thickness of 50 μm as a negative electrode together with a polypropylene separator, and stored in an AA battery can. Using a mixture of 50 parts by weight of dimethoxyethane and 50 parts by weight of propylene carbonate in which LiBF 4 was dissolved at a concentration of 1 mol / as an electrolytic solution, an AA lithium battery was prototyped.
The short-circuit current value of this battery was 22.5A.

比較例1 厚さ300μmのSUS430Hで実施例1と同形状のエキスパ
ンドメタルを作成した。
Comparative Example 1 An expanded metal having the same shape as that of Example 1 was made of SUS430H having a thickness of 300 μm.

熱処理電解二酸化マンガン、グラファイト、テフロン
ディスパージョンで実施例1と同様に幅45mm、長さ40c
m、厚さ320μmの正極を作成し、幅45mm、長さ40cm、厚
さ50μmのリチウム箔、ポリプロピレンセパレーターで
スパイラル構造の電極を作成したが単3の電池缶に収納
できなかった。正、負極とも長さを20cmとすることで収
納できた。
Heat treated electrolytic manganese dioxide, graphite, Teflon dispersion, width 45mm, length 40c as in Example 1.
A spiral electrode having a width of 45 mm, a length of 40 cm, a thickness of 50 μm, a lithium foil and a polypropylene separator was prepared, but could not be accommodated in an AA battery can. Both the positive and negative electrodes could be stored by setting the length to 20 cm.

実施例1と同じ電解液を使用し、単3型リチウム電池
を試作した。本電池の短絡電流値は5.2Aであった。
Using the same electrolytic solution as in Example 1, an AA lithium battery was prototyped. The short-circuit current value of this battery was 5.2A.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明により集電体の薄層化を
実現したことにより、電池自体が薄層化できる他、他に
スパイラル状電池にあっては、巻き取り径を一定にした
場合、正、負極対向面積を著しく増大することができる
ので、大電流放電、あるいは大電流充放電が可能とな
る。
[Effects of the Invention] As described above, by realizing a thinner current collector according to the present invention, the battery itself can be made thinner, and in other spiral batteries, the winding diameter is reduced. When it is constant, the positive and negative electrode facing areas can be significantly increased, so that a large current discharge or a large current charge / discharge becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、実施例に使用したエキスパンドメタルの寸法
を説明する図。
FIG. 1 is a view for explaining dimensions of expanded metal used in Examples.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/74 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/74

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】正極、負極の少なくとも一方の電極が、厚
さ50μm以下のステンレスSUS430H製エキスパンドメタ
ルを含有していることを特徴とする電池。
1. A battery wherein at least one of a positive electrode and a negative electrode contains an expanded metal made of stainless steel SUS430H having a thickness of 50 μm or less.
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