JP3352863B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液電池

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武史 乾
敏之 清水
隆幸 棚橋
文夫 大尾
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、渦巻状に捲回した
極板群を円筒形ケースに収容した非水電解液電池に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】負極にリチウムまたはリチウムアルミ合
金等の軽金属を用いる非水電解液電池は、負極の理論エ
ネルギー密度が高いところから、小型で大放電容量のも
のを実現できる。しかし、電解液の導電率が水溶液系電
解液と比較して低いことから、大出力化が困難である。
これを補うため、例えば円筒形電池では、極板を渦巻状
に捲回した構造のものとして電極面積の拡大を図るなど
の工夫がなされている。すなわち、正極、セパレータお
よび負極をそれぞれ帯状に形成するとともに、これらを
交互に重ね合わせ、かつ渦巻状に捲回したものである。
このような構造を採用するためには、上記セパレータ、
正極はもちろんのこと、負極板も極めて薄く帯状に形成
しなければならない。一方、非水電解液電池の放電反応
は、負極の金属リチウムまたはリチウムアルミ合金等を
消耗しながら進行するので、前記のように極板を極めて
薄くすると、放電反応途中において電流密度の高い部
分、あるいは外部圧力の強い部分が優先的に反応して消
耗し、リチウム等の帯状極板の分断を引き起こし、放電
電圧が降下するなどの不都合が生じていた。
【0003】そこで、正極板の長手方向に合剤を一部剥
離した部分を設け、これと対向する負極板には、放電時
に反応しない未反応部分を作る方法、負極板の金属リチ
ウムそのものにポリプロピレンテープ等の薄型絶縁テー
プを直接貼り付ける方法、あるいは、微孔性フィルムか
らなるセパレータの一部をヒートシールして絶縁体にす
る方法等により、放電時に正極と反応しない部分を形成
させることによって、局所的なリチウム金属の反応によ
るリチウムの分断、さらには放電電圧の降下を抑制する
構成をとっていた(特公昭63−133,455号公
報、特公昭63−133,454号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成、つまり正極板の長手方向に合剤を一部剥離し、負
極リチウムに未反応部分を作る方法では、合剤を剥離し
た部分は、エキスパンドメタル等の集電体が剥き出しに
なるため、内部短絡の原因になっていた。また、所定部
分を設計通り剥離することも困難であり、正極合剤を超
音波等で剥離した場合には金属集電体のバリ発生にもつ
ながり、これも内部短絡の原因になっていた。さらに、
負極板の金属リチウムそのものに長手方向にポリプロピ
レンテープ等の薄型絶縁テープを直接貼り付ける方法
や、セパレータをヒートシールさせる方法等を用いて、
負極板に正極との未反応部分を形成する方法では、これ
らの負極板、セパレータのどちらか一方でも用いれば、
極板を渦巻状に捲回する際に従来必要であった長手方向
への2%程度の伸びが抑制され、極板群の巻きずれにつ
ながり、電池の信頼性、安全性を損なう原因となってい
た。
【0005】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、電池の放電特性を向上させるとともに、信頼性
が高く、渦巻状極板群の製造能力を大幅に向上させるこ
とができる非水電解液電池を提供することを目的とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、金属薄板、エキスパンドメタルやパン
チングメタルなどからなる集電体に、正極合剤を支持さ
せた帯状の正極板の表面に、その捲回方向、すなわち長
手方向に、ガラスクロステープ、または耐熱性フィルム
等の絶縁体を貼りつけた構成をとるものである。
【0007】本発明の正極板では、正極板の捲回方向
に、ガラスクロステープ、耐熱性フィルム等の絶縁体を
貼りつけた構成をとるため、この絶縁体と対向する負極
金属リチウムに放電反応をしない未反応部分を形成させ
ることができ、局所的なリチウム金属の反応によるリチ
ウムの分断、さらには放電電圧の降下を抑制することが
できる。また、正極板に、ガラスクロステープまたは耐
熱性フィルム等の絶縁体を貼りつけた構成であるため、
正極板の芯材にバリ等を誘発することもなく、安定した
信頼性を確保することができる。さらに、負極側または
フィルム状セパレータ等にもポリプロピレンテープなど
の絶縁体を貼りつける必要がないため、金属リチウム等
が電池用極板群として捲回される場合にも、リチウムお
よびフィルム状セパレータが2%程度の伸びを示すため
に、巻きずれ等の心配がなく、安定した信頼性を確保で
きる構成をとることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】負極板に未反応部分を形成するた
めの絶縁体の張り付ける位置は、正極板がほぼ中央に、
また負極板がその巻き終わり端側にそれぞれリード片を
有する構成においては、通常、絶縁体が、正極板の負極
リード片と対応する位置から正極リード片側に延びるよ
うに設けるのがよい。
【0009】また、正極の合剤を一部剥離した集電体部
分にリード片を溶接し、このリード片と正極合剤の剥離
された集電体部分を絶縁層で被覆し、この絶縁層と交差
するように前記絶縁体を配する構成をとることができ
る。この構成においては、絶縁層が絶縁体の上部に位置
し、絶縁体を固定する構成が好ましい。正極板の捲回方
向に貼りつけられたガラスクロステープまたは耐熱性フ
ィルム等の絶縁体は、正極板の幅方向の5%〜40%、
捲回方向の極板長さの7%〜55%の大きさであり、正
極活物質の理論容量と負極の理論容量との比は1:0.
9〜1.1の範囲内であることが好ましい。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。 [実施例1]図1は本発明の一実施例における円筒形の
非水電解液電池の概略構成を示す。この電池は、上部が
開口された円筒形の金属ケース1と、この電池ケース1
内に収納された極板群2と、電池ケース1の蓋を兼ねた
組立封口板3およびパッキン4とから主に構成されてい
る。上記極板群2は、それぞれ帯状に形成された正極板
7、負極板9およびセパレータ8を交互に重ね合わせて
渦巻状に捲回したものであって、電池ケース1内に上部
絶縁板5、下部絶縁板6を配した上で収納されている。
そして、このケース1内に非水電解液が注入され、かつ
上記組立封口板3およびパッキング4によって電池ケー
ス1の開口部が密封されている。また、組立封口板3
は、リード片12によって、正極合剤を保持するための
金属集電体10に電気的に接続されている。
【0011】負極板9は、図2に示すように、例えばリ
チウム金属を帯状にしたもので、渦巻状に捲回する際そ
の巻き終わり端となる端部近傍にニッケルのリード片1
5を圧着している。また、リード片15を覆うようにガ
ラスクロステープからなる絶縁層16を設けている。セ
パレータ8は、微孔性ポリプロピレンフィルムからなる
長尺帯状のもので、長手方向に二つ折りにして負極板9
を包んでいる。一方、正極板7は、図2に示すように、
帯状の金属製集電体10を芯材としてその両面に正極合
剤11を薄層状に保持させたものである。ここで、上記
金属集電体10としてはステンレス鋼、あるいはチタン
等の耐食性に優れた金属からなるエキスパンドメタルが
用いられている。そして、正極合剤11としては、例え
ば二酸化マンガンを主体として、導電材であるカーボン
および結着剤を加えて混練したものが用いられ、これを
ペースト状にして上記エキスパンドメタルからなる集電
体10の両面に薄層状に塗布し、乾燥固化して正極板7
を構成している。
【0012】さらに、正極板7の中心部の合剤を剥離
し、組立封口板3と電気的接触をとるための正極リード
片12を芯材10にスポット溶接している。そして、そ
の上から剥離部全体を包皮するように絶縁ガラスクロス
テープからなる絶縁層13が貼り付けられている。ま
た、正極板7は、負極板9と対向する面に、耐熱性絶縁
フィルムテープからなる細帯状の絶縁体14を正極板の
捲回方向、すなわち長手方向に貼り付けている。この絶
縁体14の位置は、正・負極板の対応関係を示すため同
一平面上に表した図2からわかるように、一端は正極板
の負極リード片15と対応する部分とし、他端は正極リ
ード片12の近傍としている。図は極板およびリード片
などのサイズや相対位置を正確に表すものではない。こ
れらのサイズを示すと、正極板は幅24mm、長さ23
0mmであり、リード片の幅は5mm、絶縁層の幅は1
0mmである。また、絶縁体14は幅3mm、長さ70
mmである。負極板は幅22mm、長さ220mmであ
り、リード片は幅5mm、絶縁層は幅10mm、長さ2
0mmである。なお、正極板の正極活物質の理論容量と
負極の金属リチウムの理論容量との比は1:1の理想系
とした。上記構成の電池をAとする。
【0013】[比較例1]実施例1で用いた正極板に代
えて、図5に示すように、中央部に幅約2mmの合剤剥
離部分14bを長手方向に設けた正極板7bを用いた。
その他の構成は実施例1と同じとした。この電池をBと
する。
【0014】[比較例2]実施例1で用いた正極板に代
えて、図6のように絶縁体14を除いた他は同じ構成の
正極板を用いた。また、負極板は図7に示すように、実
施例1で用いた負極板9にその長手方向に帯状のポリプ
ロピレンテープからなる絶縁層14cをリード片15と
交差するように貼り付けたものを用いた。この電池をC
とする。
【0015】[比較例3]実施例1で用いた正極板に代
えて、比較例2の正極板を用いた他は同様にして電池を
作製した。この電池をDとする。
【0016】[比較例4]正極の理論容量と負極の金属
リチウムの理論容量との比を1:1.2のリチウム過剰
の系とした他は比較例3と同様の電池を作製した。この
電池をEとする。
【0017】以上の実施例1および比較例1〜4の電池
A、B、C、Dの極板群を構成する際の内部短絡および
巻きずれによる不良率の比較を表1に示す。内部短絡
は、主に合剤剥離部に露出する集電体の鋭利な部分がセ
パレータを貫通することによる。また、巻きずれは、負
極板の長手方向に貼り付けた絶縁体により、負極板の捲
回時の伸びが抑制される結果、極板群の上部または下部
に負極の金属リチウムがはみ出すなどとして表れる。
【0018】
【表1】
【0019】表1から明らかなように、本発明による電
池A、および合剤剥離部を露出させたり負極板の長手方
向にテープを貼り付けたりしない電池D、Eは、内部短
絡や巻きずれなどの不良を発生せず、優れた信頼性を有
することがわかる。次に上記の電池を組み立て直後に、
20℃において60Ωの定抵抗放電したときの放電持続
時間の比較を図8に示す。この結果より、本発明の電池
Aおよび比較例の電池B、Cは、比較例の電池Dのよう
な放電途中でリチウムの局所的反応による分断が原因で
ある電圧降下を起こさず、また比較例の電池Eより放電
容量が大きいことがわかる。以上の結果から、本発明の
電池Aは、電池作製時の信頼性においても放電特性にお
いても優れていることがわかる。
【0020】[実施例2]実施例1で使用する正極板の
代わりに、図3のように、絶縁体14をリード片12と
交差するように貼り付ける。 [実施例3]実施例2と同様に絶縁体14をリード片1
2と交差させるが、この例では絶縁体14の上側に絶縁
層13を貼り付けるようにして、絶縁層13によって絶
縁体14を固定する。実施例2および3による電池につ
いても上記の実験を行ったところ、電池Aと同様に、極
板群作製時の信頼性および放電特性いずれも優れたもの
であった。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、信頼性が
高く、放電特性の優れた非水電解液電池を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における非水電解液電池の一
部を断面にした正面図である。
【図2】同電池の正極板および負極板を示す斜視図であ
る。
【図3】他の実施例の正極板を示す斜視図である。
【図4】更に他の実施例の正極板を示す斜視図である。
【図5】比較例の電池の正極板の斜視図である。
【図6】他の比較例の電池の正極板の斜視図である。
【図7】更に他の比較例の電池の負極板の斜視図であ
る。
【図8】実施例および比較例の電池の放電特性を比較し
た図である。
【符号の説明】
1 ケース 2 極板群 3 組立封口板 4 パッキング 5、6 絶縁板 7 正極板 8 セパレータ 9 負極板 10 正極集電体 11 正極合剤 12、15 リード片 13、16 リード片の絶縁層 14 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大尾 文夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−142049(JP,A) 特開 平7−201321(JP,A) 特開 昭61−281466(JP,A) 実開 平3−69859(JP,U) 実開 平4−108862(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 6/16 H01M 2/34 H01M 4/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軽金属からなる帯状の負極、集電体に正
    極合剤を支持させた帯状の正極、および両電極を隔離す
    るセパレータを渦巻状に捲回した極板群と、前記極板群
    を収納する円筒形ケースとを具備し、前記正極板がその
    表面の長手方向に貼りつけられた細帯状の絶縁体を有す
    ることを特徴とする非水電解液電池。
  2. 【請求項2】 前記正極は、正極合剤を一部剥離した集
    電体部分に溶接されたリード片、および前記リード片と
    正極合剤の剥離された集電体部分を被覆する絶縁層を有
    し、前記絶縁体が前記絶縁層と交差するように配された
    請求項1記載の非水電解液電池。
  3. 【請求項3】 前記絶縁層が、これと交差された前記絶
    縁体の上部に位置し、絶縁体を固定している請求項2記
    載の非水電解液電池。
  4. 【請求項4】 正極板はほぼ中央に、また負極板はその
    巻き終わり端側にそれぞれリード片を有し、前記絶縁体
    が、正極板の負極リード片と対応する位置から正極リー
    ド側に設けられた請求項1記載の非水電解液電池。
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