JP3737835B2 - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リチウム電池の技術、より詳しくは、高い電流パルスを発生する新規で改良された固体カソード液体有機電解質リチウム電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
本発明の利用の一分野は埋め込み可能な心臓細動除去器を作動させる電池であるが、本発明の原理は種々の分野に適用できる。埋め込み可能な細動除去器の目的は致死的不整脈による急死を防止することであり、この装置は作動中患者の心拍数を監視し、心室細動を認識し、高エネルギーショックを与えて心臓の細動を除去することができる。
【０００３】
【従来の技術】
この装置を駆動するために、電流パルスを発生し開路電圧を急速に回復する能力ををもつ埋め込み可能な高定格(high rate) 電池が開発されてきた。高い容量と低い自己放電とすべてのレベルで良好なパルス発生作用とを有する電池の一例が米国特許第４，８３０，９４０号に開示記述されている。その電池積層集合体の製造では、アノード（anode)を折り曲げて屈曲構造体を作り、このアノード構造体の層の間に個々のカソード(cathode) 板を配置し、この複数のカソード板のそれぞれの個々のリード線に溶接操作によって電気的接続を行なうようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の動作中に必要な安全性と信頼性の基準を維持しつつ電池の積層集合体の製造に要求される時間を減少する新規で改良された高定格電池を提供することが極めて望ましい。
【０００５】
本発明の課題は、新規で改良された固体カソード液体有機電解質アルカリ金属高定格電池およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明のより特定の課題は、電池の積層集合体を製造する時間を相当に減じた上記のような電池を提供することである。
【０００７】
本発明の他の課題は、製造時間を減少させると同時に電池作用において必要な安全性、性能および信頼性の基準が維持される上記のような電池およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明の固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池では、長尺のアルカリ金属アノードと長尺の固体カソードとこれら両者間に挟持された隔離部材ないしセパレータとの組合せ体が巻回されてゼリーロール(jellyroll) の形状の下位集合体(subassembly) を形成する。上記組合せ体は得られた下位集合体が実質上長方形の断面形状を有するように成形される。この組合せ体の成形はその巻回操作と同時にまたはその後で行われる。アノード／カソード下位集合体は両側の平坦面を有する導電性電池容器ないしケース内に配置され、電池ケースの電気的極性を正負いずれとするかに応じて、アノードまたはカソードのいずれか一方のリード線を電池ケースに接続し、アノードまたはカソードの他方のリード線をケースに対して絶縁して、ケースを通過延長している電気的接続手段に接続する。そして液体電解質をケース内のアノード／カソード下位集合体に導入する。これによって作用中の必要な安全および信頼基準を維持しつつ電池の積層集合体を製造するのに要求される時間を相当減少させる新規な改良された平坦面を有する高定格電池を提供することができる。
【０００９】
【実施例】
図１、２は本発明による平坦面を有する高定格電池１０を示す。電池１０はステンレススチールのような金属からなる導電性ケース１２を含んでいる。このケース１２は一対の平坦な側壁１４、１６を含み、これら側壁１４、１６は丸みをつけた縁を介して一対の端壁２０、２２と底壁１８とによって対向して実質上互いに平行関係に連結されている。ケース１２は溶接等によってこれに流体密にシールされた導電性蓋２４で完成される。すなわち、電池のケース１２の両側壁は平坦面を有し、所望ならば、底壁１８と端壁２０、２２が後に説明するようにわん曲している。
【００１０】
導電性ケース１２は公知のように電池１０の一つの電気的端子として作用する。電池１０の反対極性の端子は、蓋２４から外方向に延長し絶縁素子３０によって蓋から電気的に絶縁された端子ピン２８からなる。蓋２４には後述のようにしてケース１２の内部に液体電解質を供給する充填用開口が設けられている。この開口は公知の方法で蓋２４に溶接されるキャップないし閉封部材３２によって閉封されている。
【００１１】
図３、４を参照すると、本発明の電池１０はアノード／カソード下位集合体４０からなり、この下位集合体４０は当該技術において公知のゼリーロール形状をなし、さらに、本発明によれば実質上長方形状の断面を有している。やがて詳述するように、アノード／カソード下位集合体のゼリーロール形状は、この集合体の構造を簡単にするとともに、その製造時間を短縮し、また、この集合体の長方形状の断面は対向平坦面を有する電池ケース内への組み込みを可能にする。
【００１２】
簡単に説明すると、アノード／カソード下位集合体４０は長尺のアルカリ金属アノード４２と、長尺の固体カソード４４と、これら両者間に対面関係に挟持された隔離部材ないしセパレータ４６との組合せ体からなり、この組合せ体がゼリーロール状に巻回され、本発明により実質上長方形断面を有する下位集合体４０を形成するように成形される。カソード４４の一つの形態を図５に詳しく例示する。
【００１３】
詳しく説明すると、カソード４４はその幅の何倍もの長さを有する薄い長尺帯状のカソード活物質の本体４７からなる。カソード活物質４７は種々のものが可能で、一例としては酸化バナジウム銀(silver vanadium oxide) を含む物質がある。この例のカソード物質とこれを製造する方法のより詳細な説明については、１９８９年５月１６日付の米国特許第４，８３０，９４０号、「非水リチウム電池」をここに援用するので、それを参照されたい。カソード４４は、さらに、カソード物質４７のほぼ全長および全幅にわたって延長してこれに完全に包まれた例えばチタニウムのような金属スクリーンの薄いシート状のカソード集電体（図５には示さない）からなる。図５に示したカソード４４には、これへの電気的接続のための一対の電気的タブないしリード線４８、５０が設けられている。タブ４８、５０を設ける一つの方法は、図５に示すようにタブ４８、５０が配置されるべきカソード物質４７の部分を除去し、これら両タブ４８、５０をカソード集電体にスポット溶接等で固定することを含んでいる。タブ４８、５０はカソード本体４７の面に配備され、本体４７の一側縁から外方向に実質上互いに平行関係に延長している。タブ４８、５０は図５に示すように設置されたときにタブ４８、５０の外面がカソード本体４７の外面と実質上面一になるように比較的薄い。二つのタブ４８、５０を示しているが、これは例示にすぎない。カソード４４はそれが組込まれる電気化学電池のサイズによって、電気的リード線を１本のみ、または二本以上を備えることができる。
【００１４】
図５に示すカソード４４の形状は、アノード／カソード下位集合体において使用され、セパレータ物質の別体の帯状体がアノード帯状体とカソード帯状体の間に挟持されるか、または、アノードがセパレータ物質に包まれる。図６はセパレータ物質に収容または包まれたカソード４４´の他の形態を示す。図６において、図５に示したカソード４４の構成要素と同じカソードの要素は、同じ参照番号にダッシュを付して示す。従って、図６のカソード４４´は長尺の帯状体４７´を含み、その一部を図６では破断してその内部に埋設されたカソード集電体５４´を示す。カソード４４´には、図５のタブ４８、５０と同様にして集電体５４´に固定され、本体４７´と実質上面一で、図５に示すカソード４４と同じようにその一側縁から延長する一対のリード線ないしタブ４８´、５０´が設けられている。図６のカソード４４´はセパレータ物質からなる封筒状体５８に収容ないし包まれいる。カソード４４´を収容する一つの方法は、カソード４４´よりもいくぶん長くその幅の２倍の幅のセパレータ物質の長尺体を用意し、このセパレータ長尺体を長軸に沿って折り畳み、タブ４８´、５０´とは反対側のカソード４４´の縁を折り畳んだセパレータの折り目に当てて、カソード４４´を折り畳んだセパレータ長尺体の中に挿入配置する。セパレータの三方の開いた縁は、セパレータ物質を溶融させて上層と下層が接着するように加熱シールによって接着させる。セパレータ物質の封筒状体５８は、図６では一部を取り除いて内部のカソード本体４７´およびセパレータ５８の加熱シール縁を示している。セパレータ５８の物質はイオンの流通を阻止しない性質を有するもので、適当なセパレータ物質の例としては、ポリプロピレンおよびポリエチレン、例えば、セルガード２４００（Ｃｅｌｇａｒｄ２４００）（商標名）がある。
【００１５】
下位集合体４０のアノード４２を図７および図８に詳しく示す。このアノード４２は一対の長尺アルカリ金属素子６４、６６、好ましくは薄いリチウム帯状体をニッケルのような金属のスクリーンの形態のアノード集電体６８の両表面に貼設してなる。より詳しく説明すると、リチウム帯状体６６はその長さが幅より何倍も長く、また集電体６８はその長さがリチウム帯状体６６の長さより僅かに短く、その幅は帯状体６６の幅より幾分狭い。リチウム帯状体６４はアノード４２の一端、すなわち、図７図８で右側から延長し、アノード４２の長さの中間点を少し越えたところで終わっている。リチウムアノード帯状体の一方を他方より相当短くした理由はやがて説明する。アノード４２はこれに電気的な接続をするための電気的リード線ないしタブ７２を備えている。タブ７２はアノード４２の一端、すなわち、両リチウム帯状体６４、６６の存在する側とは反対側の端に配置され、露出した集電体６８にスポット溶接等で付設されている。タブ７２はアノード４２の平面に配置され、その一側縁から外方に延長している。
【００１６】
図７および図８に示すアノード４２の形態はアノード／カソード下位集合体において使用するもので、セパレータ物質の別体の帯状体がアノード帯状体とカソード帯状体の間に挟持されるか、カソードが図６に示すカソード４４´と同様にセパレータ物質に包まれる。
【００１７】
本発明の方法は、長尺のアルカリ金属アノードと、長尺の固体カソードと、これら両者間に対面関係に配備されたセパレータとの組合せ体を用意することから開始される。このような組合せ体の一例は、図９に示すように、長尺のリチウムアノード８０と、長尺の固体カソード８２と、アノード８０とカソード８２の間に対面関係に配備された長尺のセパレータ８４とを含んでいる。セパレータ８４は前述のセルガード２４００のような適当なセパレータ物質の帯状体からなり、アノード８０またはカソード８２の長さの約２倍の長さを有する。図示実施例では、セパレータ８４はカソード８２を挟んで折り曲げないし折り畳まれているので、カソード８２は図９で示すようにセパレータ８４の中にある。換言すれば、セパレータ８４はその両端間のほぼ中央の位置でカソード８２を挟んで折り畳まれ、中のカソード８２の終端がセパレータ８４の折り目８６に近接配置されている。あるいはまた、セパレータ８４はアノード８０を挟んで同様に折り畳むこともできる。
【００１８】
図９に示す本発明の実施例において、セパレータ８４の折り曲げ部ないし折り目８６内のカソード８２の端にセパレータ８４に比べて比較的短い長尺セパレータ９０が付加的に設けられている。セパレータ９０は典型的にはセパレータ８４と同じ物質である適当な物質からなる帯状体で、本実施例のカソード８２の端部を付加的に絶縁するのに役立つ。この実施例では、カソード８２をセパレータ物質中に包み込まずに、別個のまたは分離したセパレータ帯状体８４を設ける。セパレータ９０はその両端間の距離の約１／４の所でカソード８２の端で折り畳まれ、セパレータ９０の折り目９２´がカソード８２の終端に近接配置される。セパレータ８４がアノード８０を挟んで折り畳まれる他の構成では、セパレータ９０も同様にアノード８０を挟んで折り畳まれる。
【００１９】
本発明の方法の次の工程は、上述の組合せ体を巻回してゼリーロール状ないしコイル状のアノード／カソード下位集合体を形成する。上記組合せ体は適当な方法で巻回されるが、一つの例示的方法について次に詳しく説明する。本発明の方法は、得られるアノード／カソード下位集合体が実質上長方形断面を有するように、上記組合せ体を成形することを特徴とする。組合せ体を成形する工程は、組合せ体を巻回する工程と同時に行うことができる。別の方法として、組合せ体を巻回ないしコイル状に巻いた後、それを実質上長方形断面を有するように成形することもできる。いずれにしても、図１０はゼリーロール状に巻回され、実質上長方形の断面を有するように成形された後のアノード／カソード下位集合体を示す。
【００２０】
すなわち、図１０を参照すると、アノードタブ９２がアノード／カソード下位集合体の最も外面から延長し、溶接のような適当な方法で電池のケース１２に接続できるようになっている。また、リチウムアノード帯状体の一方の外面も下位集合体の外面で露呈され、ケース１２と接触して、図示実施例では電気的に負極性の電池のケース１２へのアノード４２の電気的接続を高めている。本発明のこの実施例においては、カソード８２は次に説明するようにして端子ピン２８への電気的接続のために下位集合体から延長する一本の電気的リード線ないしタブ９８を備えている。図１０はカソード８２の一端縁に付加的絶縁を与えるセパレータ帯状体９０を示す。カソード８２の反対側端縁は、図１０に示すようにしてカソード８２の端部上にセパレータ８４の延長端部１０２を折りかぶせることによって、シールないし保護されている。
【００２１】
図１０はさらにアノード帯状体の一方、すなわち、アノード帯状体６４を図７図８に関して前述したように他方のアノード帯状体６６よりも短くしてある理由をも示す。図１０に示すように、アノード／カソード下位集合体の周面では、アノード８０はその一方の面しかカソード８２に作用接触しない。従って、アノード８０のこの部分は一つのリチウム帯状体のみを必要とする。図１０の下位集合体内では、アノードの両面がカソード８２の対向面に作用接触するので、アノード集電体の両面上に二つのリチウム帯状体を必要とする。アノード構造体のこの形態は必要とするリチウムの量を有利に減らすことができ、その結果、得られる電池のコストを低減させ小型化する。
【００２２】
図１０に示すアノード／カソード下位集合体は導電性電池ケース１２内に収容され、タブないしリード線９２と９８がそれぞれケース１２と端子ピン２８に接続され、液体電解質がケース１２内の下位集合体に注入され、ケース１２は流体密にシールされる。これらの工程は次に詳述する方法で行われる。
【００２３】
前述したように、本発明の方法はアノード、カソードおよびセパレータの組合せ体を、得られるアノード／カソード下位集合体が実質上長方形断面を有するように成形するものであるが、この成形は組合せ体を巻回ないしコイル巻きにする工程と同時に、または、その後で行うことができることを特徴とする。図１１、１２は組合せ体を成形する工程が組合せ体を巻回ないしコイル巻きする工程と同時に行われる本発明の方法の一例を示す。本発明のこの実施例を実施する一つの方法は、実質上長方形の断面のマンドレルないし心部材を用いてその上に組合せ体を巻回する方法である。
【００２４】
図１１は本発明方法の初期工程を示し、長方形断面のマンドレル１１０のまわりにアノード／カソード／セパレータ組合せ体を一巻きした状態を示す。図１１に示すアノード／カソード／セパレータ組合せ体において、カソード１１２はセパレータ物質に包まれた図６に示すカソード４４´と同様であり、アノード１１４は図７、８に示すアノード４２と同様である。より詳しく説明すると、図１１はカソード集電体１１６が見えるように一部を除去されたカソード１１２と、カソード物質１１８と、カソードリード線１２０と、図６の方法とほぼ同じ方法によってカソード物質を包囲しているセパレータ物質１２２とを示す。アノード１１４は図７、８に示すものと同様にそこから延長するリード線１２６を有している。図１１に示すように、絶縁層１３０をマンドレル１１０とアノード／カソード／セパレータ組合せ体との間で、マンドレル１１０のまわりに設けることができる。
【００２５】
図１２は、図１１においてアノード／カソード組合せ体をマンドレル１１０のまわりに一回より多く巻回した状態を示す。マンドレル１１０のまわりに巻回されたカソード部分の一部を切欠いて、マンドレル１１０のまわりに巻回されたアノードの一部分を示す。巻回が完了すると、マンドレル１１０は組合せ体から取除かれる。
【００２６】
図１１、１２は、本発明により実質上長方形断面のアノード／カソード下位集合体を得るための組合せ体の成形を、組合せ体を巻回ないしコイル巻きする操作と同時に行う方法を示す。この方法とは別に、この成形を組合せ体を巻回ないしコイル巻きした後に行うこともできる。その方法を図１３に概略的に示す。この場合、予めうず巻き状に巻回ないしコイル巻きしたアノード／カソード／セパレータ組合せ体１４０をジョーまたはプレス部材１４２、１４４を含む適当なプレス装置に挟持させ、プレス部材を組合せ体１４０の両側面に作用させて組合せ体を実質上長方形断面に成形する。
【００２７】
前述のように、本発明の方法によって形成されたアノード／カソード下位集合体は、電池ケース１２内に収容されるが、この下位集合体はその実質上長方形断面により図１〜３に示す対向平坦壁を有するケース１２内にうまく収容されるようになっている。この下位集合体から導出されているアノードリード線は、溶接によってケース１２に接続され、アノードの露出したグリッド面がケース１２の内面に接触する。図３はケース１２内に収容されたアノード／カソード下位集合体１５０を示し、アノードリード線（図示省略）が前述したようにケース１２に溶接されている。図３にその一本を示すカソードリード線１５２は接続リード線１５４に溶接され、この接続リード線１５４は端子ピン２８の延長部１５６に溶接される。この端子ピン２８は、公知の方法で絶縁体３０によって蓋２４から絶縁されている。従って、電気的な接続をするのに溶接操作を必要とするリード線の数が比較的少ないことと、接続の方法とにより、電池の製造におけるこの工程が非常に簡単になり、またそれに必要な時間が短縮される。
【００２８】
上述の操作の完了後、蓋２４がケース１２に公知の方法で溶接され、流体密シールが行われ、米国特許第４，８３０，９４０号に開示されているような液体電解質が蓋２４の注入口から下位集合体１５０に導入され、公知の方法でキャップ３２が蓋２４に溶接されて流体密シールがなされる。
【００２９】
図１４、１５にステンレススチールのような導電性ケース２１２を含む平坦面を有する高定格電池２１０を示す。このケース２１２は、わん曲した底壁２１８によって実質上相互に平行関係に結合されている一対の対向する平坦な側壁２１４、２１６を有する。一対の端壁２２０、２２２が丸みをつけた縁を介して側壁２１４、２１６に連結されている。所望ならば、端壁２２０、２２２もわん曲させることができる。ケース２１２は溶接等によってこれに流体密にシールされた導電性蓋２２４によって完成される。
【００３０】
導電性ケース２１２は公知のように電池２１０の一方の電気端子として作用をする。電池２１０の反対極性の端子は、蓋２２４から外方向に延長し絶縁素子２３０によって蓋から電気的に絶縁された端子ピン２２８である。蓋２２４には電池１０について述べたと同様の方法によってケース２１２の内部に液体電解質を供給するための充填開口が設けられ、この開口は公知の方法で蓋２２４に溶接されたキャップまたは閉封部材２３２によって閉封される。
【００３１】
電池２１０のわん曲した底壁２１８と電池１０の平坦な底壁１８を除いて、本発明による二つの電池１０と２１０は同じである。従って、電池１０と同様に、図１４、１５の電池２１０は電池１０のアノード／カソード下位集合体４０と実質上類似の、すなわち、実質上長方形断面を有するアノード／カソード下位集合体２４０を含み、ケース２１２のわん曲した底壁２１８に適合するわん曲面２４２を備えている。電池１０の直方体状アノードおよびカソード電極並びにセパレータの周面が平坦であるのに対して、下位集合体２４０のわん曲面２４２を設けるために、電池２１０のアノードおよびカソード電極並びにセパレータは、その一縁に沿って半円形状ないし扇形に形成され(scalloped) ている。
【００３２】
図１６を参照してより詳しく説明すると、アノード４２と同様にアノード２５０はニッケルのような金属のスクリーン２５６の両面上に設けた一対の長尺の薄いアルカリ金属ないしリチウム長尺体２５２、２５４からなる。このアノード２５０はこれに対して電気的接続をするためのタブないしリード線２５８を備えている。本発明の本実施例によれば、アノード２５０はその一縁に沿って複数の扇形部２６２を含むように形成されている。これら扇形部２６２は大きさと曲率が等しく、各扇形部２６２は下位集合体２４０の面２４２の曲率に実質上等しい曲率を有する。従って、アノード２５０がカソードとセパレータと一緒に下位集合体４０と同様に巻回されて下位集合体２４０を形成するとき、これらの扇形部２６２は実質上互いに一致する。先の実施例のように、アノード２５０をセパレータ物質に包み込んでもよいし、あるいはセパレータ物質の別の長尺体を用いることもできる。
【００３３】
図１７に示すカソード２７０は、カソード４４と同様に、カソード活物質２７２の長尺体とこれに埋め込まれたチタンのような薄い金属スクリーンのカソード集電体２７４とからなる。カソード２７０は電気的接続のための電気リード線ないしタブ２７６を備えている。本発明のこの実施例によれば、カソード２７０はその一縁に沿って複数の扇形部２７８を含むように形成されている。これらの扇形部２７８は、大きさと曲率が同じで、各扇形部２７８は下位集合体２４０の面２４２の曲率に等しい曲率を有する。従って、下位集合体４０を形成する場合と同様にしてカソード２７０をアノードとセパレータとともに巻回して下位集合体２４０を形成すると、これらの扇形部２７８が互いに一致する。先の実施例のように、カソード２７０はセパレータ物質に包み込んでもよいし、あるいは、セパレータ物質の別体の長尺体を用いることもできる。
【００３４】
図１８に上述した電池１０のセパレータ物質と同じセパレータ物質の長尺片２８６を示す。本発明のこの実施例によれば、セパレータ２８６はその一縁に沿って複数の扇形部２８８を含むように形成されている。これらの扇形部２８８は下位集合体２４０の面２４２の曲率とほぼ等しい曲率を有している。従って、セパレータ２８６がアノードとカソードと一緒に巻回されて、下位集合体４０と同じようにして下位集合体２４０を形成するとき、扇形部２８８は実質上互いに一致する。
【００３５】
下位集合体２４０を形成するために、アノード２５０とカソード２７０を、扇形部２６２と２７８を互いに一致させて、対面関係に配置する。アノード２５０とカソード２７０のいずれもがセパレータ物質の中に包み込まれていない場合には、セパレータ２８６を、その扇形部２８８を扇形部２６２、２７８と一致させて、アノードとカソードの間に介在配置する。そしてこの組合せ体を巻回し、図１〜１３の実施例と同様の方法で長方形断面を有するように成形する。
【００３６】
以下本発明の実施態様を要約する。
【００３７】
（１）ａ）導電性物質からなり、対向平坦面を有するケースと；
ｂ）ゼリーロール状に巻回され、実質上長方形断面形状に成形されて、前記ケース内に収容されるアノード／カソード下位集合体を形成するアルカリ金属アノードおよび固体カソードと；
ｃ）前記ケース内で前記アノードと前記カソードに作用接触する非水液体電解質と；
ｄ）前記アノードまたはカソードの一方を前記ケースに電気的に接続する手段と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの他方を、前記ケースから絶縁されて延長する電気的接続手段に電気的にする手段と；
ｆ）前記ケースを流体密にシールする手段と；
からなる固体カソード液体電解質アルカリ金属電池。
【００３８】
（２）前記アノードがリチウムである（１）項の電池。
【００３９】
（３）前記アノード／カソード下位集合体が、長尺アノードと長尺カソードとこれら両者間のセパレータとをゼリーロール状に巻回してなる（１）項の電池。（４）前記アノードが前記ケースに電気的に接続されて、ケースが負極性である（１）項の電池。
【００４０】
（５）前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁と一致するわん曲面を有する（１）項の電池。
【００４１】
（６）前記アノードとカソードがそれぞれその一縁に沿って複数の扇形部を有し、各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（５）項の電池。
【００４２】
（７）前記アノードとカソードの間に、その一縁に沿って複数の扇形部を有する長尺のセパレータをさらに含み、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（６）項の電池。
【００４３】
（８）ａ）長尺のアルカリ金属アノードと長尺の固体カソードとこれら両者間に対面関係に配置されたセパレータとの組合せ体を用意する工程と；
ｂ）この組合せ体を巻回してゼリーロールの形状を有するアノード／カソード下位集合体を形成する工程と；
ｃ）前記組合せ体を、得られる下位集合体が実質上長方形断面を有するように成形する工程と；
ｄ）前記アノード／カソード下位集合体を、対向平坦面を有する導電性電池ケース内に収容する工程と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの一方のリード線を前記電池ケースに固定し、前記アノードまたはカソードの他方のリード線を絶縁状態で前記ケースを通って延長する電気的接続手段に接続する工程と；
ｆ）液体電解質を前記ケース内の前記アノード／カソード下位集合体に導入する工程と；
ｇ）前記ケースをシールする工程と；
からなる固体カソード液体有機電解質アルカリ金属高定格電池を製造する方法。（９）組合せ体を形成する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程と同時に行われる（８）項の方法。
【００４４】
（１０）組合せ体を巻回する前記工程が実質上長方形断面を有するマンドレルを使用してそのまわりに組合せ体を巻回することからなる（９）項の方法。
【００４５】
（１１）組合せ体を成形する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程に続いて行われる（８）項の方法。
【００４６】
（１２）前記成形工程が組合せ体を実質上長方形断面を有する形状にプレスすることからなる（１１）項の方法。
【００４７】
（１３）セパレータが介在されたアノードとカソードの組合せ体を用意する前記工程が、アノードとカソードの少なくとも一方をセパレータ物質中に包み込むことからなる（８）項の方法。
【００４８】
（１４）アノードおよびカソードの両者ともがセパレータ物質中に包み込まれる（１３）項の方法。
【００４９】
（１５）セパレータが介在されたアノードとカソードを用意する前記工程が、アノードとカソードの間にこれらと対面関係に長尺のセパレータを挟持させることからなる（８）項の方法。
【００５０】
（１６）前記長尺のセパレータが前記アノードまたはカソードのいずれよりも長く、かつ、前記アノードまたはカソードを挟んで折り畳まれ、アノードまたはカソードが折り畳まれたセパレータの中に配置される（１５）項の方法。
【００５１】
（１７）前記セパレータが前記アノードまたはカソードの一端において折り畳まれ、その折り目が前記アノードまたはカソードの一端の近傍に配置されるようにした（１６）項の方法。
【００５２】
（１８）前記アノードまたはカソードの前記端部に、前記長いセパレータの内側に比較的短い長さの付加的な長尺のセパレータを設ける工程をさらに含む（１７）項の方法。
【００５３】
（１９）前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁に一致するわん曲面を有するように形成される（８）項の方法。
【００５４】
（２０）前記アノード、カソードおよびセパレータが各々その一縁に複数の扇形部を有し、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（１９）項の方法。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電池の作用に必要な性能、安全性および信頼性の基準を維持しつつ、電池の積層集合体を製造する時間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池の立面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１、図２の電池の製造における最終組立段階の一つを示す立面図。
【図４】図３の電池の平面で、蓋を取り除いて内部のアノード／カソード下位集合体を示した図。
【図５】図１〜図４の電池のカソードの一態様の立面図。
【図６】図１〜図４の電池のカソードの他の態様の一部を切欠いた立面図。
【図７】図１〜図４の電池のアノードの平面図。
【図８】図７の立面図。
【図９】本発明の方法を開始段階において示す斜視図。
【図１０】本発明の方法により形成された電池積層集合体の平面図。
【図１１】本発明の方法の成形工程の初期段階を示す一部を切欠いた斜視図。
【図１２】図１１の後続の段階を示す斜視図。
【図１３】本発明の方法の成形工程の他の方式を示す概略図。
【図１４】本発明の他の実施例による固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池の立面図。
【図１５】図１４の平面図。
【図１６】図１４、図１５の電池のアノードの一部を切欠いた立面図。
【図１７】図１４、図１５の電池のカソードの一部を切欠いた立面図。
【図１８】図１４、図１５の電池に使用するセパレータの立面図。
【符号の説明】
１２、２１２ ケース
１４、１６、２１４、２１６ 側壁
１８、２１８ 底壁
２０、２２、２２０、２２２ 端壁
２４、２２４ 蓋
２８、２２８ 端子ピン
４０、１５０、２４０ アノード／カソード下位集合体
４２、８０、１１４、２５０ アノード
４４、４４´、８２、１１２、２７０ カソード
４６、５８、８４、９０、１２２、２８６ セパレータ
４８、５０、４８´、５０´、９８、１２０、１５２、２７６ カソードリード線（タブ）
５４、５４´、１１６、２７４ カソード集電体
６８、２５６ アノード集電体
７２、９２、１２６、２５８ アノードリード線（タブ）。
２６２、２７８、２８８ 扇形部。
【産業上の利用分野】
本発明は、リチウム電池の技術、より詳しくは、高い電流パルスを発生する新規で改良された固体カソード液体有機電解質リチウム電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
本発明の利用の一分野は埋め込み可能な心臓細動除去器を作動させる電池であるが、本発明の原理は種々の分野に適用できる。埋め込み可能な細動除去器の目的は致死的不整脈による急死を防止することであり、この装置は作動中患者の心拍数を監視し、心室細動を認識し、高エネルギーショックを与えて心臓の細動を除去することができる。
【０００３】
【従来の技術】
この装置を駆動するために、電流パルスを発生し開路電圧を急速に回復する能力ををもつ埋め込み可能な高定格(high rate) 電池が開発されてきた。高い容量と低い自己放電とすべてのレベルで良好なパルス発生作用とを有する電池の一例が米国特許第４，８３０，９４０号に開示記述されている。その電池積層集合体の製造では、アノード（anode)を折り曲げて屈曲構造体を作り、このアノード構造体の層の間に個々のカソード(cathode) 板を配置し、この複数のカソード板のそれぞれの個々のリード線に溶接操作によって電気的接続を行なうようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電池の動作中に必要な安全性と信頼性の基準を維持しつつ電池の積層集合体の製造に要求される時間を減少する新規で改良された高定格電池を提供することが極めて望ましい。
【０００５】
本発明の課題は、新規で改良された固体カソード液体有機電解質アルカリ金属高定格電池およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明のより特定の課題は、電池の積層集合体を製造する時間を相当に減じた上記のような電池を提供することである。
【０００７】
本発明の他の課題は、製造時間を減少させると同時に電池作用において必要な安全性、性能および信頼性の基準が維持される上記のような電池およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明の固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池では、長尺のアルカリ金属アノードと長尺の固体カソードとこれら両者間に挟持された隔離部材ないしセパレータとの組合せ体が巻回されてゼリーロール(jellyroll) の形状の下位集合体(subassembly) を形成する。上記組合せ体は得られた下位集合体が実質上長方形の断面形状を有するように成形される。この組合せ体の成形はその巻回操作と同時にまたはその後で行われる。アノード／カソード下位集合体は両側の平坦面を有する導電性電池容器ないしケース内に配置され、電池ケースの電気的極性を正負いずれとするかに応じて、アノードまたはカソードのいずれか一方のリード線を電池ケースに接続し、アノードまたはカソードの他方のリード線をケースに対して絶縁して、ケースを通過延長している電気的接続手段に接続する。そして液体電解質をケース内のアノード／カソード下位集合体に導入する。これによって作用中の必要な安全および信頼基準を維持しつつ電池の積層集合体を製造するのに要求される時間を相当減少させる新規な改良された平坦面を有する高定格電池を提供することができる。
【０００９】
【実施例】
図１、２は本発明による平坦面を有する高定格電池１０を示す。電池１０はステンレススチールのような金属からなる導電性ケース１２を含んでいる。このケース１２は一対の平坦な側壁１４、１６を含み、これら側壁１４、１６は丸みをつけた縁を介して一対の端壁２０、２２と底壁１８とによって対向して実質上互いに平行関係に連結されている。ケース１２は溶接等によってこれに流体密にシールされた導電性蓋２４で完成される。すなわち、電池のケース１２の両側壁は平坦面を有し、所望ならば、底壁１８と端壁２０、２２が後に説明するようにわん曲している。
【００１０】
導電性ケース１２は公知のように電池１０の一つの電気的端子として作用する。電池１０の反対極性の端子は、蓋２４から外方向に延長し絶縁素子３０によって蓋から電気的に絶縁された端子ピン２８からなる。蓋２４には後述のようにしてケース１２の内部に液体電解質を供給する充填用開口が設けられている。この開口は公知の方法で蓋２４に溶接されるキャップないし閉封部材３２によって閉封されている。
【００１１】
図３、４を参照すると、本発明の電池１０はアノード／カソード下位集合体４０からなり、この下位集合体４０は当該技術において公知のゼリーロール形状をなし、さらに、本発明によれば実質上長方形状の断面を有している。やがて詳述するように、アノード／カソード下位集合体のゼリーロール形状は、この集合体の構造を簡単にするとともに、その製造時間を短縮し、また、この集合体の長方形状の断面は対向平坦面を有する電池ケース内への組み込みを可能にする。
【００１２】
簡単に説明すると、アノード／カソード下位集合体４０は長尺のアルカリ金属アノード４２と、長尺の固体カソード４４と、これら両者間に対面関係に挟持された隔離部材ないしセパレータ４６との組合せ体からなり、この組合せ体がゼリーロール状に巻回され、本発明により実質上長方形断面を有する下位集合体４０を形成するように成形される。カソード４４の一つの形態を図５に詳しく例示する。
【００１３】
詳しく説明すると、カソード４４はその幅の何倍もの長さを有する薄い長尺帯状のカソード活物質の本体４７からなる。カソード活物質４７は種々のものが可能で、一例としては酸化バナジウム銀(silver vanadium oxide) を含む物質がある。この例のカソード物質とこれを製造する方法のより詳細な説明については、１９８９年５月１６日付の米国特許第４，８３０，９４０号、「非水リチウム電池」をここに援用するので、それを参照されたい。カソード４４は、さらに、カソード物質４７のほぼ全長および全幅にわたって延長してこれに完全に包まれた例えばチタニウムのような金属スクリーンの薄いシート状のカソード集電体（図５には示さない）からなる。図５に示したカソード４４には、これへの電気的接続のための一対の電気的タブないしリード線４８、５０が設けられている。タブ４８、５０を設ける一つの方法は、図５に示すようにタブ４８、５０が配置されるべきカソード物質４７の部分を除去し、これら両タブ４８、５０をカソード集電体にスポット溶接等で固定することを含んでいる。タブ４８、５０はカソード本体４７の面に配備され、本体４７の一側縁から外方向に実質上互いに平行関係に延長している。タブ４８、５０は図５に示すように設置されたときにタブ４８、５０の外面がカソード本体４７の外面と実質上面一になるように比較的薄い。二つのタブ４８、５０を示しているが、これは例示にすぎない。カソード４４はそれが組込まれる電気化学電池のサイズによって、電気的リード線を１本のみ、または二本以上を備えることができる。
【００１４】
図５に示すカソード４４の形状は、アノード／カソード下位集合体において使用され、セパレータ物質の別体の帯状体がアノード帯状体とカソード帯状体の間に挟持されるか、または、アノードがセパレータ物質に包まれる。図６はセパレータ物質に収容または包まれたカソード４４´の他の形態を示す。図６において、図５に示したカソード４４の構成要素と同じカソードの要素は、同じ参照番号にダッシュを付して示す。従って、図６のカソード４４´は長尺の帯状体４７´を含み、その一部を図６では破断してその内部に埋設されたカソード集電体５４´を示す。カソード４４´には、図５のタブ４８、５０と同様にして集電体５４´に固定され、本体４７´と実質上面一で、図５に示すカソード４４と同じようにその一側縁から延長する一対のリード線ないしタブ４８´、５０´が設けられている。図６のカソード４４´はセパレータ物質からなる封筒状体５８に収容ないし包まれいる。カソード４４´を収容する一つの方法は、カソード４４´よりもいくぶん長くその幅の２倍の幅のセパレータ物質の長尺体を用意し、このセパレータ長尺体を長軸に沿って折り畳み、タブ４８´、５０´とは反対側のカソード４４´の縁を折り畳んだセパレータの折り目に当てて、カソード４４´を折り畳んだセパレータ長尺体の中に挿入配置する。セパレータの三方の開いた縁は、セパレータ物質を溶融させて上層と下層が接着するように加熱シールによって接着させる。セパレータ物質の封筒状体５８は、図６では一部を取り除いて内部のカソード本体４７´およびセパレータ５８の加熱シール縁を示している。セパレータ５８の物質はイオンの流通を阻止しない性質を有するもので、適当なセパレータ物質の例としては、ポリプロピレンおよびポリエチレン、例えば、セルガード２４００（Ｃｅｌｇａｒｄ２４００）（商標名）がある。
【００１５】
下位集合体４０のアノード４２を図７および図８に詳しく示す。このアノード４２は一対の長尺アルカリ金属素子６４、６６、好ましくは薄いリチウム帯状体をニッケルのような金属のスクリーンの形態のアノード集電体６８の両表面に貼設してなる。より詳しく説明すると、リチウム帯状体６６はその長さが幅より何倍も長く、また集電体６８はその長さがリチウム帯状体６６の長さより僅かに短く、その幅は帯状体６６の幅より幾分狭い。リチウム帯状体６４はアノード４２の一端、すなわち、図７図８で右側から延長し、アノード４２の長さの中間点を少し越えたところで終わっている。リチウムアノード帯状体の一方を他方より相当短くした理由はやがて説明する。アノード４２はこれに電気的な接続をするための電気的リード線ないしタブ７２を備えている。タブ７２はアノード４２の一端、すなわち、両リチウム帯状体６４、６６の存在する側とは反対側の端に配置され、露出した集電体６８にスポット溶接等で付設されている。タブ７２はアノード４２の平面に配置され、その一側縁から外方に延長している。
【００１６】
図７および図８に示すアノード４２の形態はアノード／カソード下位集合体において使用するもので、セパレータ物質の別体の帯状体がアノード帯状体とカソード帯状体の間に挟持されるか、カソードが図６に示すカソード４４´と同様にセパレータ物質に包まれる。
【００１７】
本発明の方法は、長尺のアルカリ金属アノードと、長尺の固体カソードと、これら両者間に対面関係に配備されたセパレータとの組合せ体を用意することから開始される。このような組合せ体の一例は、図９に示すように、長尺のリチウムアノード８０と、長尺の固体カソード８２と、アノード８０とカソード８２の間に対面関係に配備された長尺のセパレータ８４とを含んでいる。セパレータ８４は前述のセルガード２４００のような適当なセパレータ物質の帯状体からなり、アノード８０またはカソード８２の長さの約２倍の長さを有する。図示実施例では、セパレータ８４はカソード８２を挟んで折り曲げないし折り畳まれているので、カソード８２は図９で示すようにセパレータ８４の中にある。換言すれば、セパレータ８４はその両端間のほぼ中央の位置でカソード８２を挟んで折り畳まれ、中のカソード８２の終端がセパレータ８４の折り目８６に近接配置されている。あるいはまた、セパレータ８４はアノード８０を挟んで同様に折り畳むこともできる。
【００１８】
図９に示す本発明の実施例において、セパレータ８４の折り曲げ部ないし折り目８６内のカソード８２の端にセパレータ８４に比べて比較的短い長尺セパレータ９０が付加的に設けられている。セパレータ９０は典型的にはセパレータ８４と同じ物質である適当な物質からなる帯状体で、本実施例のカソード８２の端部を付加的に絶縁するのに役立つ。この実施例では、カソード８２をセパレータ物質中に包み込まずに、別個のまたは分離したセパレータ帯状体８４を設ける。セパレータ９０はその両端間の距離の約１／４の所でカソード８２の端で折り畳まれ、セパレータ９０の折り目９２´がカソード８２の終端に近接配置される。セパレータ８４がアノード８０を挟んで折り畳まれる他の構成では、セパレータ９０も同様にアノード８０を挟んで折り畳まれる。
【００１９】
本発明の方法の次の工程は、上述の組合せ体を巻回してゼリーロール状ないしコイル状のアノード／カソード下位集合体を形成する。上記組合せ体は適当な方法で巻回されるが、一つの例示的方法について次に詳しく説明する。本発明の方法は、得られるアノード／カソード下位集合体が実質上長方形断面を有するように、上記組合せ体を成形することを特徴とする。組合せ体を成形する工程は、組合せ体を巻回する工程と同時に行うことができる。別の方法として、組合せ体を巻回ないしコイル状に巻いた後、それを実質上長方形断面を有するように成形することもできる。いずれにしても、図１０はゼリーロール状に巻回され、実質上長方形の断面を有するように成形された後のアノード／カソード下位集合体を示す。
【００２０】
すなわち、図１０を参照すると、アノードタブ９２がアノード／カソード下位集合体の最も外面から延長し、溶接のような適当な方法で電池のケース１２に接続できるようになっている。また、リチウムアノード帯状体の一方の外面も下位集合体の外面で露呈され、ケース１２と接触して、図示実施例では電気的に負極性の電池のケース１２へのアノード４２の電気的接続を高めている。本発明のこの実施例においては、カソード８２は次に説明するようにして端子ピン２８への電気的接続のために下位集合体から延長する一本の電気的リード線ないしタブ９８を備えている。図１０はカソード８２の一端縁に付加的絶縁を与えるセパレータ帯状体９０を示す。カソード８２の反対側端縁は、図１０に示すようにしてカソード８２の端部上にセパレータ８４の延長端部１０２を折りかぶせることによって、シールないし保護されている。
【００２１】
図１０はさらにアノード帯状体の一方、すなわち、アノード帯状体６４を図７図８に関して前述したように他方のアノード帯状体６６よりも短くしてある理由をも示す。図１０に示すように、アノード／カソード下位集合体の周面では、アノード８０はその一方の面しかカソード８２に作用接触しない。従って、アノード８０のこの部分は一つのリチウム帯状体のみを必要とする。図１０の下位集合体内では、アノードの両面がカソード８２の対向面に作用接触するので、アノード集電体の両面上に二つのリチウム帯状体を必要とする。アノード構造体のこの形態は必要とするリチウムの量を有利に減らすことができ、その結果、得られる電池のコストを低減させ小型化する。
【００２２】
図１０に示すアノード／カソード下位集合体は導電性電池ケース１２内に収容され、タブないしリード線９２と９８がそれぞれケース１２と端子ピン２８に接続され、液体電解質がケース１２内の下位集合体に注入され、ケース１２は流体密にシールされる。これらの工程は次に詳述する方法で行われる。
【００２３】
前述したように、本発明の方法はアノード、カソードおよびセパレータの組合せ体を、得られるアノード／カソード下位集合体が実質上長方形断面を有するように成形するものであるが、この成形は組合せ体を巻回ないしコイル巻きにする工程と同時に、または、その後で行うことができることを特徴とする。図１１、１２は組合せ体を成形する工程が組合せ体を巻回ないしコイル巻きする工程と同時に行われる本発明の方法の一例を示す。本発明のこの実施例を実施する一つの方法は、実質上長方形の断面のマンドレルないし心部材を用いてその上に組合せ体を巻回する方法である。
【００２４】
図１１は本発明方法の初期工程を示し、長方形断面のマンドレル１１０のまわりにアノード／カソード／セパレータ組合せ体を一巻きした状態を示す。図１１に示すアノード／カソード／セパレータ組合せ体において、カソード１１２はセパレータ物質に包まれた図６に示すカソード４４´と同様であり、アノード１１４は図７、８に示すアノード４２と同様である。より詳しく説明すると、図１１はカソード集電体１１６が見えるように一部を除去されたカソード１１２と、カソード物質１１８と、カソードリード線１２０と、図６の方法とほぼ同じ方法によってカソード物質を包囲しているセパレータ物質１２２とを示す。アノード１１４は図７、８に示すものと同様にそこから延長するリード線１２６を有している。図１１に示すように、絶縁層１３０をマンドレル１１０とアノード／カソード／セパレータ組合せ体との間で、マンドレル１１０のまわりに設けることができる。
【００２５】
図１２は、図１１においてアノード／カソード組合せ体をマンドレル１１０のまわりに一回より多く巻回した状態を示す。マンドレル１１０のまわりに巻回されたカソード部分の一部を切欠いて、マンドレル１１０のまわりに巻回されたアノードの一部分を示す。巻回が完了すると、マンドレル１１０は組合せ体から取除かれる。
【００２６】
図１１、１２は、本発明により実質上長方形断面のアノード／カソード下位集合体を得るための組合せ体の成形を、組合せ体を巻回ないしコイル巻きする操作と同時に行う方法を示す。この方法とは別に、この成形を組合せ体を巻回ないしコイル巻きした後に行うこともできる。その方法を図１３に概略的に示す。この場合、予めうず巻き状に巻回ないしコイル巻きしたアノード／カソード／セパレータ組合せ体１４０をジョーまたはプレス部材１４２、１４４を含む適当なプレス装置に挟持させ、プレス部材を組合せ体１４０の両側面に作用させて組合せ体を実質上長方形断面に成形する。
【００２７】
前述のように、本発明の方法によって形成されたアノード／カソード下位集合体は、電池ケース１２内に収容されるが、この下位集合体はその実質上長方形断面により図１〜３に示す対向平坦壁を有するケース１２内にうまく収容されるようになっている。この下位集合体から導出されているアノードリード線は、溶接によってケース１２に接続され、アノードの露出したグリッド面がケース１２の内面に接触する。図３はケース１２内に収容されたアノード／カソード下位集合体１５０を示し、アノードリード線（図示省略）が前述したようにケース１２に溶接されている。図３にその一本を示すカソードリード線１５２は接続リード線１５４に溶接され、この接続リード線１５４は端子ピン２８の延長部１５６に溶接される。この端子ピン２８は、公知の方法で絶縁体３０によって蓋２４から絶縁されている。従って、電気的な接続をするのに溶接操作を必要とするリード線の数が比較的少ないことと、接続の方法とにより、電池の製造におけるこの工程が非常に簡単になり、またそれに必要な時間が短縮される。
【００２８】
上述の操作の完了後、蓋２４がケース１２に公知の方法で溶接され、流体密シールが行われ、米国特許第４，８３０，９４０号に開示されているような液体電解質が蓋２４の注入口から下位集合体１５０に導入され、公知の方法でキャップ３２が蓋２４に溶接されて流体密シールがなされる。
【００２９】
図１４、１５にステンレススチールのような導電性ケース２１２を含む平坦面を有する高定格電池２１０を示す。このケース２１２は、わん曲した底壁２１８によって実質上相互に平行関係に結合されている一対の対向する平坦な側壁２１４、２１６を有する。一対の端壁２２０、２２２が丸みをつけた縁を介して側壁２１４、２１６に連結されている。所望ならば、端壁２２０、２２２もわん曲させることができる。ケース２１２は溶接等によってこれに流体密にシールされた導電性蓋２２４によって完成される。
【００３０】
導電性ケース２１２は公知のように電池２１０の一方の電気端子として作用をする。電池２１０の反対極性の端子は、蓋２２４から外方向に延長し絶縁素子２３０によって蓋から電気的に絶縁された端子ピン２２８である。蓋２２４には電池１０について述べたと同様の方法によってケース２１２の内部に液体電解質を供給するための充填開口が設けられ、この開口は公知の方法で蓋２２４に溶接されたキャップまたは閉封部材２３２によって閉封される。
【００３１】
電池２１０のわん曲した底壁２１８と電池１０の平坦な底壁１８を除いて、本発明による二つの電池１０と２１０は同じである。従って、電池１０と同様に、図１４、１５の電池２１０は電池１０のアノード／カソード下位集合体４０と実質上類似の、すなわち、実質上長方形断面を有するアノード／カソード下位集合体２４０を含み、ケース２１２のわん曲した底壁２１８に適合するわん曲面２４２を備えている。電池１０の直方体状アノードおよびカソード電極並びにセパレータの周面が平坦であるのに対して、下位集合体２４０のわん曲面２４２を設けるために、電池２１０のアノードおよびカソード電極並びにセパレータは、その一縁に沿って半円形状ないし扇形に形成され(scalloped) ている。
【００３２】
図１６を参照してより詳しく説明すると、アノード４２と同様にアノード２５０はニッケルのような金属のスクリーン２５６の両面上に設けた一対の長尺の薄いアルカリ金属ないしリチウム長尺体２５２、２５４からなる。このアノード２５０はこれに対して電気的接続をするためのタブないしリード線２５８を備えている。本発明の本実施例によれば、アノード２５０はその一縁に沿って複数の扇形部２６２を含むように形成されている。これら扇形部２６２は大きさと曲率が等しく、各扇形部２６２は下位集合体２４０の面２４２の曲率に実質上等しい曲率を有する。従って、アノード２５０がカソードとセパレータと一緒に下位集合体４０と同様に巻回されて下位集合体２４０を形成するとき、これらの扇形部２６２は実質上互いに一致する。先の実施例のように、アノード２５０をセパレータ物質に包み込んでもよいし、あるいはセパレータ物質の別の長尺体を用いることもできる。
【００３３】
図１７に示すカソード２７０は、カソード４４と同様に、カソード活物質２７２の長尺体とこれに埋め込まれたチタンのような薄い金属スクリーンのカソード集電体２７４とからなる。カソード２７０は電気的接続のための電気リード線ないしタブ２７６を備えている。本発明のこの実施例によれば、カソード２７０はその一縁に沿って複数の扇形部２７８を含むように形成されている。これらの扇形部２７８は、大きさと曲率が同じで、各扇形部２７８は下位集合体２４０の面２４２の曲率に等しい曲率を有する。従って、下位集合体４０を形成する場合と同様にしてカソード２７０をアノードとセパレータとともに巻回して下位集合体２４０を形成すると、これらの扇形部２７８が互いに一致する。先の実施例のように、カソード２７０はセパレータ物質に包み込んでもよいし、あるいは、セパレータ物質の別体の長尺体を用いることもできる。
【００３４】
図１８に上述した電池１０のセパレータ物質と同じセパレータ物質の長尺片２８６を示す。本発明のこの実施例によれば、セパレータ２８６はその一縁に沿って複数の扇形部２８８を含むように形成されている。これらの扇形部２８８は下位集合体２４０の面２４２の曲率とほぼ等しい曲率を有している。従って、セパレータ２８６がアノードとカソードと一緒に巻回されて、下位集合体４０と同じようにして下位集合体２４０を形成するとき、扇形部２８８は実質上互いに一致する。
【００３５】
下位集合体２４０を形成するために、アノード２５０とカソード２７０を、扇形部２６２と２７８を互いに一致させて、対面関係に配置する。アノード２５０とカソード２７０のいずれもがセパレータ物質の中に包み込まれていない場合には、セパレータ２８６を、その扇形部２８８を扇形部２６２、２７８と一致させて、アノードとカソードの間に介在配置する。そしてこの組合せ体を巻回し、図１〜１３の実施例と同様の方法で長方形断面を有するように成形する。
【００３６】
以下本発明の実施態様を要約する。
【００３７】
（１）ａ）導電性物質からなり、対向平坦面を有するケースと；
ｂ）ゼリーロール状に巻回され、実質上長方形断面形状に成形されて、前記ケース内に収容されるアノード／カソード下位集合体を形成するアルカリ金属アノードおよび固体カソードと；
ｃ）前記ケース内で前記アノードと前記カソードに作用接触する非水液体電解質と；
ｄ）前記アノードまたはカソードの一方を前記ケースに電気的に接続する手段と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの他方を、前記ケースから絶縁されて延長する電気的接続手段に電気的にする手段と；
ｆ）前記ケースを流体密にシールする手段と；
からなる固体カソード液体電解質アルカリ金属電池。
【００３８】
（２）前記アノードがリチウムである（１）項の電池。
【００３９】
（３）前記アノード／カソード下位集合体が、長尺アノードと長尺カソードとこれら両者間のセパレータとをゼリーロール状に巻回してなる（１）項の電池。（４）前記アノードが前記ケースに電気的に接続されて、ケースが負極性である（１）項の電池。
【００４０】
（５）前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁と一致するわん曲面を有する（１）項の電池。
【００４１】
（６）前記アノードとカソードがそれぞれその一縁に沿って複数の扇形部を有し、各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（５）項の電池。
【００４２】
（７）前記アノードとカソードの間に、その一縁に沿って複数の扇形部を有する長尺のセパレータをさらに含み、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（６）項の電池。
【００４３】
（８）ａ）長尺のアルカリ金属アノードと長尺の固体カソードとこれら両者間に対面関係に配置されたセパレータとの組合せ体を用意する工程と；
ｂ）この組合せ体を巻回してゼリーロールの形状を有するアノード／カソード下位集合体を形成する工程と；
ｃ）前記組合せ体を、得られる下位集合体が実質上長方形断面を有するように成形する工程と；
ｄ）前記アノード／カソード下位集合体を、対向平坦面を有する導電性電池ケース内に収容する工程と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの一方のリード線を前記電池ケースに固定し、前記アノードまたはカソードの他方のリード線を絶縁状態で前記ケースを通って延長する電気的接続手段に接続する工程と；
ｆ）液体電解質を前記ケース内の前記アノード／カソード下位集合体に導入する工程と；
ｇ）前記ケースをシールする工程と；
からなる固体カソード液体有機電解質アルカリ金属高定格電池を製造する方法。（９）組合せ体を形成する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程と同時に行われる（８）項の方法。
【００４４】
（１０）組合せ体を巻回する前記工程が実質上長方形断面を有するマンドレルを使用してそのまわりに組合せ体を巻回することからなる（９）項の方法。
【００４５】
（１１）組合せ体を成形する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程に続いて行われる（８）項の方法。
【００４６】
（１２）前記成形工程が組合せ体を実質上長方形断面を有する形状にプレスすることからなる（１１）項の方法。
【００４７】
（１３）セパレータが介在されたアノードとカソードの組合せ体を用意する前記工程が、アノードとカソードの少なくとも一方をセパレータ物質中に包み込むことからなる（８）項の方法。
【００４８】
（１４）アノードおよびカソードの両者ともがセパレータ物質中に包み込まれる（１３）項の方法。
【００４９】
（１５）セパレータが介在されたアノードとカソードを用意する前記工程が、アノードとカソードの間にこれらと対面関係に長尺のセパレータを挟持させることからなる（８）項の方法。
【００５０】
（１６）前記長尺のセパレータが前記アノードまたはカソードのいずれよりも長く、かつ、前記アノードまたはカソードを挟んで折り畳まれ、アノードまたはカソードが折り畳まれたセパレータの中に配置される（１５）項の方法。
【００５１】
（１７）前記セパレータが前記アノードまたはカソードの一端において折り畳まれ、その折り目が前記アノードまたはカソードの一端の近傍に配置されるようにした（１６）項の方法。
【００５２】
（１８）前記アノードまたはカソードの前記端部に、前記長いセパレータの内側に比較的短い長さの付加的な長尺のセパレータを設ける工程をさらに含む（１７）項の方法。
【００５３】
（１９）前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁に一致するわん曲面を有するように形成される（８）項の方法。
【００５４】
（２０）前記アノード、カソードおよびセパレータが各々その一縁に複数の扇形部を有し、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している（１９）項の方法。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電池の作用に必要な性能、安全性および信頼性の基準を維持しつつ、電池の積層集合体を製造する時間を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池の立面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図１、図２の電池の製造における最終組立段階の一つを示す立面図。
【図４】図３の電池の平面で、蓋を取り除いて内部のアノード／カソード下位集合体を示した図。
【図５】図１〜図４の電池のカソードの一態様の立面図。
【図６】図１〜図４の電池のカソードの他の態様の一部を切欠いた立面図。
【図７】図１〜図４の電池のアノードの平面図。
【図８】図７の立面図。
【図９】本発明の方法を開始段階において示す斜視図。
【図１０】本発明の方法により形成された電池積層集合体の平面図。
【図１１】本発明の方法の成形工程の初期段階を示す一部を切欠いた斜視図。
【図１２】図１１の後続の段階を示す斜視図。
【図１３】本発明の方法の成形工程の他の方式を示す概略図。
【図１４】本発明の他の実施例による固体カソード液体有機電解質アルカリ金属電池の立面図。
【図１５】図１４の平面図。
【図１６】図１４、図１５の電池のアノードの一部を切欠いた立面図。
【図１７】図１４、図１５の電池のカソードの一部を切欠いた立面図。
【図１８】図１４、図１５の電池に使用するセパレータの立面図。
【符号の説明】
１２、２１２ ケース
１４、１６、２１４、２１６ 側壁
１８、２１８ 底壁
２０、２２、２２０、２２２ 端壁
２４、２２４ 蓋
２８、２２８ 端子ピン
４０、１５０、２４０ アノード／カソード下位集合体
４２、８０、１１４、２５０ アノード
４４、４４´、８２、１１２、２７０ カソード
４６、５８、８４、９０、１２２、２８６ セパレータ
４８、５０、４８´、５０´、９８、１２０、１５２、２７６ カソードリード線（タブ）
５４、５４´、１１６、２７４ カソード集電体
６８、２５６ アノード集電体
７２、９２、１２６、２５８ アノードリード線（タブ）。
２６２、２７８、２８８ 扇形部。
Claims (18)
- ａ）導電性物質からなり、対向平坦面を有するケースと；
ｂ）ゼリーロール状に巻回され、実質上長方形断面形状に成形されて、前記ケース内に収容されるアノード／カソード下位集合体を形成するアルカリ金属アノードおよび固体カソードと；
ｃ）前記ケース内で前記アノードと前記カソードに作用接触する非水液体電解質と；
ｄ）前記アノードまたはカソードの一方を前記ケースに電気的に接続する手段と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの他方を、前記ケースから絶縁されて延長する電気的接続手段に電気的にする手段と；
ｆ）前記ケースを流体密にシールする手段と
を有するものであって、
前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁と一致するわん曲面を有することを特徴とする固体カソード液体電解質アルカリ金属電池。 - 前記アノードとカソードがそれぞれその一縁に沿って複数の扇形部を有し、各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している請求項１の電池。
- 前記アノードとカソードの間に、その一縁に沿って複数の扇形部を有する長尺のセパレータをさらに含み、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している請求項２の電池。
- 前記アノードがリチウムである請求項１〜３いずれか１項の電池。
- 前記アノード／カソード下位集合体が、長尺アノードと長尺カソードとこれら両者間のセパレータとをゼリーロール状に巻回してなる請求項１〜４いずれか１項の電池。
- 前記アノードが前記ケースに電気的に接続されて、ケースが負極性である請求項１〜５いずれか１項の電池。
- ａ）長尺のアルカリ金属アノードと長尺の固体カソードとこれら両者間に対面関係に配置されたセパレータとの組合せ体を用意する工程と；
ｂ）この組合せ体を巻回してゼリーロールの形状を有するアノード／カソード下位集合体を形成する工程と；
ｃ）前記組合せ体を、得られる下位集合体が実質上長方形断面を有するように成形する工程と；
ｄ）前記アノード／カソード下位集合体を、対向平坦面を有する導電性電池ケース内に収容する工程と；
ｅ）前記アノードまたはカソードの一方のリード線を前記電池ケースに固定し、前記アノードまたはカソードの他方のリード線を絶縁状態で前記ケースを通って延長する電気的接続手段に接続する工程と；
ｆ）液体電解質を前記ケース内の前記アノード／カソード下位集合体に導入する工程と；
ｇ）前記ケースをシールする工程と
を有するものであって、
前記ケースがその対向平坦面間にわん曲壁を有し、前記アノード／カソード下位集合体が前記ケースの前記わん曲壁に一致するわん曲面を有するように形成されることを特徴とする固体カソード液体電解質アルカリ金属電池を製造する方法。 - 前記アノード、カソードおよびセパレータが各々その一縁に複数の扇形部を有し、前記各扇形部が前記アノード／カソード下位集合体の前記わん曲面に対応する曲率を有している請求項７の方法。
- 組合せ体を成形する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程と同時に行われる請求項７又は８の方法。
- 組合せ体を巻回する前記工程が実質上長方形断面を有するマンドレルを使用してそのまわりに組合せ体を巻回することからなる請求項９の方法。
- 組合せ体を成形する前記工程が組合せ体を巻回する前記工程に続いて行われる請求項７の方法。
- 前記成形工程が組合せ体を実質上長方形断面を有する形状にプレスすることからなる請求個１１の方法。
- セパレータが介在されたアノードとカソードの組合せ体を用意する前記工程が、アノードとカソードの少なくとも一方をセパレータ物質中に包み込むことからなる請求項７〜１２いずれか１項の方法。
- アノードおよびカソードの両者ともがセパレータ物質中に包み込まれる請求項１３の方法。
- セパレータが介在されたアノードとカソードを用意する前記工程が、アノードとカソードの間にこれらと対面関係に長尺のセパレータを挟持させることからなる請求項７の方法。
- 前記長尺のセパレータが前記アノードまたはカソードのいずれよりも長く、かつ、前記アノードまたはカソードを挟んで折り畳まれ、アノードまたはカソードが折り畳まれたセパレータの中に配置される請求項１５の方法。
- 前記セパレータが前記アノードまたはカソードの一端において折り畳まれ、その折り目が前記アノードまたはカソードの一端の近傍に配置されるようにした請求項１６の方法。
- 前記アノードまたはカソードの前記端部に、前記長いセパレータの内側に比較的短い長さの付加的な長尺のセパレータを設ける工程をさらに含む請求項１７の方法。
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