JP3701751B2 - 非水溶媒電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水溶媒電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極作用物質としてリチウム、ナトリウム等のアルカリ金属を用い、塩化チオニル、塩化スルフリル等のオキシハロゲン化物を電解液の溶媒でかつ正極作用物質として用い、それ自体不活性な多孔質炭素体を主材とするものを正極として用いる非水溶媒電池は、エネルギー密度が大きく、貯蔵性に優れ、しかも作動温度範囲が広いという特徴をもち、時計、メモリのバックアップ用の電源として用いられている。このような電池の最大の特徴は、正極作用物質として塩化チオニル等の液状オキシハロゲン化物を用いることにあり、多孔性の正極表面で、液状作用物質が電気化学的に還元されることにより、電池反応が進行する。中でも負極にリチウムを用い、塩化チオニルを正極作用物質とした電池は、特にエネルギー密度が大きいため、注目されている。
【０００３】
一般に円筒型のリチウム・塩化チオニル系の非水溶媒電池は、缶体内面にリチウムの負極を配設し、この負極内側に、ガラス繊維からなる隔離紙を介して、金網等の金属集電体を内存させた多孔質炭素体からなる正極を収納すると共に、該正極に塩化チオニルを主成分とする正極作用物質兼電解液を含浸させた構造になっている。
【０００４】
このような構造の電池では、正極作用物質である塩化チオニルと負極作用物質であるリチウムが直接接触しているが、負極リチウム表面に反応生成物である塩化リチウムの膜が形成され、直接反応することを防止している。しかしながら、缶内には前述したように、多孔質炭素体からなる正極が収納されており、これを負極と隔離しなければならないため、隔離紙を配している。
【０００５】
通常隔離紙は無機材料であるガラス繊維の不織布を用いているが、機械的強度が得られないため、結着剤として耐電解液性のあるアクリル系樹脂を用いている（特開平３−１５６８５３号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの樹脂は耐電解液性があるとはいうものの、全く不溶というわけではなく、とくに高温貯蔵を行うと樹脂分が電解液中に溶け、負極作用物質の表面に不純物の被膜として生成するため、電池に負荷をかけたときに電圧降下を大きくさせてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に対処してなされたもので、過度最低電圧が優れ、かつ放電深度が大きくなっても内部短絡を生じない優れた非水溶媒電池を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非水溶媒電池の隔離紙として用いるガラス繊維の結着剤として、ポリウレタンを用いることで、電圧降下の小さい、優れた電池を提供するものである。すなわち、本発明は、アルカリ金属を負極作用物質とし、多孔質炭素体を正極の主構成物とし、オキシハロゲン化物を正極作用物質を兼ねる電解液の主成分とし、正極と負極がガラス繊維からなる隔離紙で隔離されている非水溶媒電池において、前記隔離紙がガラス繊維の結着剤としてポリウレタンを用い、かつガラス繊維の繊維長が３ｍｍ以上のものであることを特徴とする。
【０００９】
隔離紙の結着剤としてポリウレタンを用いると、従来のアクリル樹脂を用いたものに比べて電圧降下の小さい電池を得ることができる。しかしながら、結着剤としてポリウレタンを用いると、ポリウレタンが電解液に溶解して隔離紙の機械的強度が低下するため、ガラス繊維の繊維長を３ｍｍ以上とする。このように、ガラス繊維の繊維長を３ｍｍ以上とすると、ガラス繊維同士が絡み合って、隔離紙の強度を保持することができる。ガラス繊維の繊維長を３ｍｍ以下にすると、繊維同士の絡み合いが少ないので強度が弱く、放電反応が進行すると、反応生成物が正極内に蓄積され、正極が膨脹する。それにともなって、隔離紙も缶の外周方向へ引っ張られるので、隔離紙に亀裂が入り、内部短絡を招くことになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施例）
本発明の実施態様を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例である非水溶媒電池（単３型ＡＡサイズ）の断面図である。図中、１は負極端子を兼ねるステンレス製の缶体で、有底円筒形である。この缶体１の内面には、金属リチウムからなる筒状の負極２が圧着されている。この負極２の内側には、多孔質炭素体を主構成物とする正極３が、隔離紙４を介して設けられている。隔離紙４はガラス繊維の不織布からなり、負極２の内側に配置されている。正極３は、ポリ４フッ化エチレンを結合剤としたカーボンブラックからなる筒状の多孔質炭素体６と、該多孔質炭素体６の中空部内面に配置された筒状の金網からなる金属集電体７とから構成されている。
【００１１】
前記缶体１の上面開口部にはメタルトップ９がレーザー溶接等により封着されている。このメタルトップ９の中心には貫通孔が開口されている。この貫通孔には正極端子棒１０がガラスシール剤１２により缶体１に対して電気的に絶縁して固定されている。この正極端子棒１０は、その下端に取り付けたリード線１１を介して前記正極３の金属集電体７に接続されている。そして金属集電体７の中空部には電解液１３が満たされている。
【００１２】
また、前記正極３下方の缶体１には、隔離紙５が２枚配設されており、正極３上方の缶体１には、隔離紙８が配設されている。
上記隔離紙４、５および８は、ガラス繊維長３ｍｍの不織布に、２０重量％のポリウレタンを添加したもので、厚さ０．２１ｍｍ、秤量３０ｇ／ｍ2 のものを使用した。
【００１３】
（比較例１）
隔離紙として、ガラス繊維長１ｍｍの不織布に、２０重量％のアクリル樹脂を添加したもので、厚さ０．１９ｍｍ、秤量３０ｇ／ｍ2 のものを使用した。それ以外は実施例と同様にして電池を組み立てた。
【００１４】
（比較例２）
隔離紙として、ガラス繊維長１ｍｍの不織布に、２０重量％のポリウレタンを添加したもので、厚さ０．２０ｍｍ、秤量３０ｇ／ｍ2 のものを使用した。それ以外は実施例と同様にして電池を組み立てた。
【００１５】
上記実施例および比較例１および２の電池の各５０個について、１ｋΩ負荷を接続したときの放電深度０％、５０％、９０％別に不良数を調べた。結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
また、上記実施例および比較例１および２の電池について、組立て後６０℃で２０日間貯蔵し、定抵抗放電を行った時の電圧降下特性を調べた。結果を図２に示す。
【００１８】
表１から明らかなように、ガラス繊維長が１ｍｍの比較例１および比較例２の電池は放電深度が大きくなるにしたがって、不良数が増加している。これに比べてガラス繊維長が３ｍｍの実施例では、放電深度が大きくなっても、不良は発生しないことが分かる。また、図２からガラス繊維の結着剤としてポリウレタンを用いた本実施例は、結着剤としてアクリル樹脂を用いた比較例１の電池に比べて過度最低電圧が高いことが分かる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高温貯蔵においても初期の過度最低電圧が高く、また放電深度が大きくなっても内部短絡のない優れた電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す非水溶媒電池の断面図。
【図２】本発明の実施例の電池および比較例１の電池の過度最低電圧の特性を示す図。
【符号の説明】
１…負極端子を兼ねるステンレス製の缶体、２…負極、３…正極、４、５、８…隔離紙、６…多孔質炭素体、７…金属集電体、９…メタルトップ、１０…正極端子棒、１１…リード線、１３…電解液。

Claims (1)

1. アルカリ金属を負極作用物質とし、多孔質炭素体を正極の主構成物とし、オキシハロゲン化物を正極作用物質を兼ねる電解液の主成分とし、正極と負極がガラス繊維からなる隔離紙で隔離されている非水溶媒電池において、前記隔離紙がガラス繊維の結着剤としてポリウレタンを用い、かつガラス繊維の繊維長が３ｍｍ以上のものであることを特徴とする非水溶媒電池。

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