JPH01311569A - スパイラル形非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、スパイラル形非水電解液電池に関し、特に
正極集電体の改良に関する。

（従来の技術） スパイラル形非水電解液電池は、リチウムなどの軽金属
を活物質とする負極と金属酸化物、金属硫化物などを活
物質とする正極とをセパレータを介して巻回し、ケース
の内部に収装するとともに、有機電解液を充填した状態
で前記正負極に設けた集電体から突出するリード板をそ
れぞれ正負極端子部に接続した構造となっている。

前記正極集電体には、一般にステンレスのパンチングメ
タル、エキスバンドメタルなどが用いられ、前記負極集
電体には一般にエンボス加工を施したニッケル板が用い
られ、負極を内周として巻回した状態で負極集電体の下
部に突出する負極リード板をケースの底面にスポット溶
接する一方、正極集電体の上部に突出する正極リード板
を正極端子板にスポット溶接し、有機電解液を充填後、
封口ガスケットを介して正極端子板をケースの開口部に
カシメ付けて密封するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記集電体に用いられるステンレス材料
では、一般に電気伝導性が低く、例えば５ＵＳ３０４に
代表されるオーステナイト系ステンレスは、銅の１／４
０程度の電気伝導性しかなく、また材料としては高価で
あり、重いなど電池の高率放電性能の向上、低コスト化
を図る上での障害となっていた。

また、この種のステンレス系集電体素材に替えて、チタ
ンも使用されているが、この場合には電気伝導性、重量
などの問題は改善されるものの、価格面では不利となっ
ていた。

ところで、この種のスパイラル形非水電解液電池では、
その構造に起因する問題、すなわち集電体とケースある
いは端子板との電気的接続を取る上で以下に説明する技
術的課題もあっ・た。

すなわち、前述のごとくステンレス製の集電体の電気伝
導性は低いので、ケースおよび端子板に耐する接続をよ
り確実なものとするためにスポット溶接を行なうことが
採用されていた。

例えば、負極集電体から突出する負極リード板をケース
の内底面にスポット溶接するためには、巻回中心に電極
棒を差し込み、先端をリード板に押し当てた状態でスポ
ット溶接を行うようにしている。

この工程では、リード板の内底部中心への位置決めが難
しく、中心にない場合は、溶接されず、加えて電極棒を
挿入する上で巻回群を破損するおそれがあり、また溶接
不良を正確に検出する手段が難しいなど、製造上の多く
の問題があり、歩留まり低下要因となっていた。

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、正極集
電体の素材としてアルミニウムまたはその合金を用いる
ことで、電気伝導性を大巾に向上させ、また正極集電体
の最外周端部をケースに接触させることで十分な電気的
接続を長期にわたって得られるようにしたスパイラル形
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
。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、この発明は、リチウムなどの
軽金属を活物質とする負極と金属酸化物。

金属硫化物などを活物質とする正極とをセパレータを介
して巻回し、ケースの内部に収装するとともに、有機電
解液を充填した状態で前記正負極に設けた集電体をそれ
ぞれ正負極端子部に接続してなるスパイラル形非水電解
液電池において：前記正極集電体をアルミニウムまたは
その合金で構成し、該集電体の最外周端部を露出した状
態で前記ケースの内周部に接触させてケースに設けた正
極端子部と電気的に接続したものである。

また前記アルミニウム合金は、アルミニウムにＣｕ、Ｍ
ｇ、Ｍｎ、Ｓ　ｉの群より選ばれた少なくとも１種を、
０．１〜１５重量％添加したものを用いることができる
。

（作　用） 以上の構成によれば、アルミニウムの電気伝導性は銅の
６２％と極めて高い。また集電体の最外周端部をケース
の内筒部に全面的に接触させて電気的接続を取るように
Ｃているので、従来のケースに対するスポット溶接を省
略できる。

接触状態は広い接触面積であり、しかも巻回群のばね効
果とともに、有機電解液をケース内部に充填することに
よってスパイラルが膨脹して拡がった状態でケースの内
筒部を圧するので、集電体とケース間は高い接触圧を維
持でき、十分な電気的接続状態を得られ、また長期に亘
る抵抗増加が□ない。

集電体として前述の組成のアルミニウム合金を用いるこ
とで耐食性、強度も十分に向上する。

（実　施　例） 以下、この発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明にかかるスパイラル形リチウム電池を
示すもので、この電池は、リチウム負極１と二酸化マン
ガンを主剤とする正極２とをセパレータ３を介して積層
し、この積層体をリチウム負極１を内周側に位置させて
スパイラル状に巻回し、有底円筒形のケース４の内部に
収装するとともに、前記リチウム負極１に設けた集電体
（図示省略）から突出する負極リード板５を、端子板６
にスポット溶接し、正極２に設けた正極集電体７をケー
ス４側に接続した後、内部に有機電解液８を注入し、前
記端子板６を封口ガスケット９を介してケース４の開口
部にカシメ付け、内部を密封したものである。

前記正極２に用いる正極集電体７は板状、パンチングメ
タル、エキスバンドメタルなどに形成されたアルミニウ
ムまたはその合金からなる集電体素材からなるものであ
って、その最外周端部の正極２を切除して正極集電体７
の最外周端部７ａを露出させた状態とし、第２図に拡大
して示すようにこの露出した最外周端部７ａをケース４
の内筒部に全面的に接触させ、ケース４に電気的に接続
させている。

したがって、この構造は従来とは逆にケース４の底面が
正極端子部４ａとなり、端子板６側が負極端子部を構成
する。また負極リード板５を端子板６にスポット溶接し
た後有機電解液をケース４の内部に充填した状態では、
積層体のスパイラル形状が膨張して径方向に拡がるため
、巻回群のばね効果とともに、前記露出端部７ａのケー
ス４の内筒部に対する接触圧を長期にわたって十分に取
ることができる。

以上の構成において、前記正極集電体７の厚みは５〜５
００μｍの範囲が望ましい。

この理由は、５μｍを下回った場合には集電体としての
強度が不足し、巻回時に集電体切れが発生し、また厚み
が５００μｍを越えた場合には電池容量が不足し、また
集電体強度が大きくなり過ぎ、巻回不良を生ずる。

したがって、以上の範囲内の厚みとすることが望ましい
。

次に以上の構成のこの発明によるスパイラル形リチウム
電池と従来構造の電池とを比較した場合を、第３図およ
び表１，２を用いて説明する。

まず、第３図はＣＲ６・Ｈ形電池を２０℃で８０Ω負荷
により連続放電させた場合の放電持続時間特性を比較し
たもので、本発明電池では厚さ１００μｍのアルミニウ
ム板を用い、また有機電解質としては、従来品も本発明
品もＰＣ＋ＤＭＥ／Ｌ　ｉ　Ｃ１０４を用いている。

このグラフからも明らかなように終止電圧を２Ｖに設定
した場合、従来の放電持続時間が４０時間を下回ってい
るのに対し、この発明の電池では４０時間を大巾に上回
っていることが確認され、さらに終止電圧を２Ｖを上回
って設定した場合にはさらに放電持続時間を伸ばすこと
が確認できた。

次に表１は電気的接続に起因する不良数を従来品と本発
明品とで比較した場合を示すものであって、従来品では
負極リード板をケース内底面にスポット溶接したもので
あり、本発明品はアルミニウムからなる正極集電体をケ
ース内筒部に接触により接続したものである。なお、端
子板に対するスポット不良は両者とも共通するので、こ
のデータからは外しである。

表１ なお、従来の不良品を分解し、不良原因を調べたところ
、電極棒挿入時にセパレータを噛み込み、これによるス
ポット不良であることが確認されている。

以上の表１からも明らかなように本発明では接続不良が
なく、これによる歩留まり低下を大巾に削減できる。

次に第２表は電池組立直後の内部抵抗をＣＲ６−Ｈ形電
池に付いてＡ１１Ｊ定した結果を示す。

なお、負極集電体はともにニッケル板を用い、従来品の
正極集電体および正極リード板の材質はともにステンレ
スであり、従来品は正負極ともスポット溶接したもので
ある。

表２ 但し、ｎ：　（個　数） ｘ：　（平均値） この表２からも明らかなように本発明品では内部抵抗が
小さく、電気伝導性が高いことを示唆している。

なお、以上の実施例では、正極集電体としてアルミニウ
ム単体を用いた場合に付いて説明したが、望ましくはア
ルミニウム合金とすることであり、これを用いると強度
増加、耐腐蝕性を向上できるため、さらに電池容量の増
加と、長期貯蔵性に優れた電池を提供することができる
。

より具体的には、前述のごとくアルミニウムにＣｕ、Ｍ
ｇ、Ｍｎ、Ｓ　Ｌの群より選ばれた少なくとも１種を０
．１〜１５重量％添加したアルミニウム合金とすること
が望ましい。

なお、添加量の下限値である０、１重量％を下回った場
合には、効果が十分でなく、上限値である１５重量％を
上回った場合には伝導性の低下が無視できなくなり、ア
ルミニウムを集電体として用いた特徴を失ってしまう。

一例として合金化した場合における振動試験を実施した
場合の強度向上度合いを表３に示している。

なお、合金組成は以下のものを用いた。

■アルミニウム合金：ＡＪ２９９−Ｍｇ０．５−５ｉＯ
，５ｗｔ％　、厚さ１０μｍ ■アルミニウム単体：厚さ１０μｍ 試験条件：加速度３Ｇ、振幅２０〜２００　Ｈｚ前後左
右上下方向各々３時間加振 表３ 上記試験で、異状のあった３ケを分解して調べたところ
、集電体が切れており、放電持続時間に著しく影響する
。したがって、合金化することにより、強度が向上する
ことが確認された。

次に、合金化することによる電気伝導度の減少度合い、
およびそれに伴う内部抵抗の増加具合をアルミニウムに
Ｃｕを添加した場合における添加量と電気伝導度および
内部抵抗の変化を測定したところ、第４図および第５図
のグラフに示す結果を得られた。

アルミニウム合金を用いた場合における電気伝導度は、
少なくとも３０（ｍ／ΩＩＩ＋１２）以上あることが望
ましい。

したがって各図に示すようにＣｕの添加量の上限を１５
重量％以下にすることによって、望ましい電気伝導度お
よび抵抗値を得ることができる。

なお、前記以外のその他の成分および添加割合に付いて
は明示しなかったが、望ましい電気伝導度、抵抗値の範
囲内であれば耐腐蝕性や強度向上などを目的とする種々
の組み合わせを提供できる。

また、前記実施例ではこの発明をリチウムを負極とする
電池に適用した場合を示したが、この発明はリチウム電
池だけではなく、軽金属を負極とするスパイラル形非水
電解液電池一般に適用することができることはいうまで
もない。

（発明の効果） 以上実施例によって詳細に説明したように、この発明に
よるスパイラル形非水電解液電池にあっては、以下の効
果がある。

アルミニウムの電気伝導性は銅の６２％と極めて高く、
また集電体の最外周端部をケースの内筒部に全面的に接
触させて電気的接続を取るようにしているので、従来の
ケースに対するスポット溶接を省略でき、組立工数の削
減を図ることができる。

また、正極集電体とケースとは広い接触面積で接触し、
しかも巻回群のばね効果とともに、有機電解液をケース
内部に充填することによってスパイラルが膨張して拡が
った状態でケースの内筒部を圧するので、集電体とケー
ス間は高い接触圧を維持でき、十分な電気的接続状態を
得られ、また長期に亘る抵抗増加がない。

集電体としてアルミニウム合金を用いることで耐食性、
強度も十分に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るスパイラル形リチウム電池の断
面図、第２図は第１図の■−■線における要部拡大断面
図、第３図は従来の電池とこの発明の電池の連続放電特
性を比較して示すグラフ、第４図はアルミニウム合金中
のＣｕ含有量と電気伝導度の関係を示すグラフ、第５図
はアルミニウム合金中のＣｕ含有量と内部抵抗との関係
を示すグラフである。 １・・・リチウム負極　　２・・・正極３・・・セパレ
ータ　　　４・・・ケース４ａ・・・正極端子部　　　
５・・・負極リード板６・・・端子板 ７・・・正極集電体（アルミニウムないしその合金）７
ａ・・・最外周露出端部 ８・・・有機電解液　　　９・・・封ロガスケット第１
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リチウムなどの軽金属を活物質とする負極と金属
   酸化物、金属硫化物などを活物質とする正極とをセパレ
   ータを介して巻回し、ケースの内部に収装するとともに
   、有機電解液を充填した状態で前記正負極に設けた集電
   体をそれぞれ正負極端子部に接続してなるスパイラル形
   非水電解液電池において： 前記正極集電体をアルミニウムまたはその合金で構成し
   、該集電体の最外周端部を露出した状態で前記ケースの
   内周部に接触させてケースに設けた正極端子部と電気的
   に接続したことを特徴とするスパイラル形非水電解液電
   池。
2. （２）前記アルミニウム合金は、アルミニウムにＣｕ、
   Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉの群より選ばれた少なくとも１種を０
   ．１〜１５重量％添加したことを特徴とする請求項１記
   載のスパイラル形非水電解液電池。