JPH03171568A - プラスチック電池 - 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〕 本発明はプラスチック電池に関し、さらに詳しくは正極
高分子複合電極、セパレータ及び負極をスパイラル状に
巻いて缶内に収納するプラスチック電池に関する。

〔従来の技術〕

導電性高分子、とりわけポリアニリンを正極活物質に使
用したプラスチック電池は、コイン型をはじめとする扁
平型電池では優れたサイクル特性、過充電性、過放電性
などを示すことが知られていた。しかし、これらはＳＲ
ＡＭなどのメモリーバックアップ電源用として極く微弱
な電流値（〜μＡオーダー）で使用するためのもので、
容量は大きくてもせいぜい数十ｍＡｈのものであった。

一方、鉛蓄電池やニッケルーカドミウム蓄電池のような
大容量の２次電池はあるが、これらは電極に重金属を使
用するために重いという欠点、さらには作動電圧がリチ
ウム系に比べて低いという特性もあった。そのため、大
容量で軽量なリチウム系の２次電泊の出現が望まれてい
たが、大電流を取り出せるリチウム２次電地は種々の問
題点があって実現していなかった。大電流を取り出せな
い原因の１つとして、正極の有効面積が大きく取れない
ことが挙げられる。

この点に注目して鋭意研究を重ねた結果、正極活物質と
してフィブリル構造を有するポリアニリンをフィルム化
して使用すれば解決できると考え、本発明者らは既に多
くの特許出願を行なっている。

また、プラスチック電池においても極板面積を太き《す
るためには、一般に、集電極としての金属箔上に導電性
高分子を被着した正極高分子複合電極と負極とを電解戚
保持能力を有するセバレータを介して交互に配置してな
る極板群を電槽缶内に収納し、各正極高分子複合電極は
スポット溶接等によりリード線を介して東電体に接続さ
れ、これが外部端子に接続され、同様にして各負極板も
外部端子に接続される構成の角型電池が考えられており
、本発明のようなスパイラル型のプラスチック電池はま
だ開発されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したような構成とした場合、電極と外部端子との接
続を担う集電体は、電極と外部端子の両方に接合させる
必要があるので、かなりの工数がかかるという問題があ
る。従って、この接合工程を減らすことができれば、工
程低減となって生産性を上げることが可能になる。また
、接合工程においては、接合不良によって断線、電圧の
不安定等の信頼性にかかわる問題があり、さらに内部抵
抗の増加の問題もある。

従って、本発明の目的は、各電極と外部端子との接続を
簡単かつ確実に行なえ、従って電池の組立・作製が容易
で、しかも内部抵抗か低いプラスチック電池を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的を達成するため、導電性高分
子を電極活物質として用いるプラスチック電池において
、負極と、セパレータと、東電極上に導電性高分子を彼
着し、かつその一端部において上記集電極を横方向に突
出せしめて集電体部を形成した正極高分子複合電極とを
重ね、スパイラル状に巻いて極板群を形成し、該極板群
を上記集電体部が上側に配置されるように電槽缶内に収
容し、上記負極を負極外部端子に接続すると共に、上記
正極高分子複合電極の集電体部を正極外部端子に接続し
たことを特徴とするプラスチック電池が提供される。

本発明の好適な態様によれば、上記集電体部が中央部上
方に突出するようにスパイラル状に巻いた極板群を電槽
缶内に収容し、上記集電体部を蓋に接合して該蓋の外部
端子を正極外部端子とすると共に、負極を電槽缶内面に
接触させ、該電槽缶を負極外部端子とするように構成さ
れる。

さらに、本発明の別の態様によれば、中心部に中央軸線
に沿ってスリットが形成された果電棒を配設し、該集電
棒のスリットに負極の一端部を接続し、かつその外側に
セパレータ及び正極高分子複合電極の東電体部と反対側
の端部を重ね、上記集電体部が外周部上方に突出するよ
うにスパイラル状に巻いた極板群を電槽缶内に収容し、
上記集電体部を電槽缶内面に接合して該電槽缶を正極外
部端子とすると共に、上記集電棒上端部を蓋中央部の外
部端子の凹部に嵌合して該蓋の外部端子を負極外部端子
とするように構成される。

〔発明の作用及び態様〕

以下、添附図面を参照しながら、本発明の作用及び好適
な態様について説明する。

本発明者らは、前記した従来の問題を解決し、各電極と
外部端子との接続を簡単な構成として電池の組立・作製
を容易にするために、集電極としての金属箔上に導電性
高分子、好適にはポリアニリンを電気化学的に合成して
析着・被覆せしめた正極高分子複合電極とフィルム状の
負極、好適にはリチウムとの間に電解液保持能力のある
例えば微多孔を有するセパレータを挾んで積層したもの
をスパイラル状に巻いて電冶缶内に収容する態様を考え
出した。この場合において、上記正極高分子複合電極と
外部端子との接続が問題となる。そこで、本発明では、
第１図に示すように細長い集電極２の一端部を横力向に
突出させて集電体部２ａを形成し、この集電体部２ａの
ある端部を残して集電極２上に導電性高分子膜３を電解
酸化重合により析出、被着せしめて正極高分子複合電極
１を作製する。

なお、集電極２の片側に負極を配置して電解酸化重合を
行なえば片面に、両側に配置して行なえば両面に導電性
高分子膜が被着する。このようにして、正極高分子複合
電極と集電体を一体或形することができる。

以上のような構或とすることにより、各電極と外部端子
との接続がそれぞれ１ケ所で済み、従来の集電体と電極
を接合する工程が省けると共に、接続不良の発生率を大
巾に低減できる。

また、正極高分子複合電極と集電体が一体であるから、
従来のプラスチック電池におけるような接触抵抗による
内部抵抗の１曽加がなく、またこれに起因する電圧変動
もなくなり、電池の信頼性が向上する。

上記のような構成の具体的態様としては、第３図、第４
図及び第５図、第７図に示すような２つの態様が考えら
れる。その第１の態様は、第２図に示す正極高分子複合
電極１の外側に順次セパレータ４及び負極５を重ね、そ
の中央部上方に上記電極１の集電体部２ａが突出するよ
うに、かつ負極５が外周に配置されるように巻き取り、
第３図に示すようなスパイラル型の極板群６を構成する
ものである。

このようにスパイラル状に巻き取られた極板群６を、第
４図に示すように例えば鋼製の電槽缶７内に収容し、ス
パイラル型の極板群６の中央部上方に突出する正極高分
子複合電極１の集電体部２ａをジャバラ状に折り曲げ、
蓋８の外部端子９下而にスポット溶接等により接合する
。

一方、極板群６の外周に配置される負極５は電槽缶７の
内面と接触し、電解岐注入によって導電性高分子が膨脹
することにより、極板群６が外側に膨脹して緊縛力（負
極を缶内面に押圧する力）が得られ、かつ強められる。

蓋８と電槽缶７はガスケット１０を挾んでかしめ、密封
され乙。なお、１１は正極高分子複合電極と電槽缶との
接触を防止するためのセパレー夕である。

第５図は別の態様を示し、第６図に示すような中央軸線
に沿ってスリット１３が形成された集電棒１２の上記ス
リット１３に負極５、好ましくはリチウム箔の一端部を
挾み、その外側に順次セバレータ４と正極高分子複合電
極１とをその集電体部２ａが外周に配置されるように重
ね、集電棒１２の本体部分１５に巻きとる。リチウムは
ニッケル、ステンレス鋼に比べてねばりがあるので、接
触抵抗を大きくすることなく、単に集電棒１２のスリッ
ト１３に差し込むことにより物理的に集電棒１２とリチ
ウム（負極５）を接続することができる。

このように巻き取られた極板群６ａを、第７図に示すよ
うに電槽缶７内に収容することにより、スパライル型極
板群６ａの外周部に配置される正極高分子複合電極１の
集電体部２ａが電槽缶７内面に接触するので、その部分
をスポット溶接などにより接合する。正極高分子複合電
極１の集電体部２ａと正極外部端子（電槽缶７）との接
触は、電解液注入によって導電性高分子３が膨脹するこ
とにより緊縛力が得られ、さらに確実にされる。集電棒
１２上端部の大径部１４は蓋８ａの中央部に突設された
負極外部端子９ａの内側凹部に嵌合され、蓋８ａと電槽
缶７はガスケット１０を挾んでかしめ、密封される。な
お、この場合、セバレータ１１は負極と電槽缶との接触
を防止するのに供される。

〔実　施　例〕

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明する
。

実施例 （１）正極高分子複合電極の製造 第２図に示すような東電体部２ａを持つ正極高分子複合
電極１を作製した。

重合用電解液はｐ−１ルエンスルホン酸１．０ＩＩｌｏ
ｌ／ｇ１アニリン０．　　５ｍｏｌ　／Ｄを含む水とメ
タノールの体積比・１：１の混合液とした。第１図に示
す構遣の集電極２を電Ｍ　ｉ＆中に浸漬し、電解重合し
た。重合電圧は１．２±０．３Ｖて１０秒周期の正弦波
走査した。平均重合電流は１ｍＡ／ｃ−で、２　５　Ｃ
　／　ｃＪ重合するのに約６時間を要した。製造した正
極高分子複合電極はメタノールで充分に洗浄し、乾燥し
た。

（２）電池作製 上記正極高分子複合電極とセバレータと負極リチウムを
重ねてスパイラル状に巻き、第４図に示すような構成で
、ニッケルメッキしたキルド鋼缶中に入れた。セパレー
タとしては多孔性ポリプロピレン（厚さ２５μｍ）を用
いた。負極リウチムは厚さ８０μｍ、正極高分子複合電
極の大きさは、幅４０ｍ傷、長さ２　０　０　ｍｍで、
幅５ｍ白、長さ３０ｍ１の耳部（集電体部）がついてい
て、厚さは２０μｍであった。このうち、ボリアニリン
付着部は幅４０．＋ｎｍ，長さ１　７　５　ｍｍであっ
た。電解液は３ｍｏｌ／ρのＬｉＢＦ４を含むプロピレ
ンカーボネートと１．２−ジメトキシエタンの体積比１
：１の混合岐とした。正極高分子複合電極の集電体部は
、第４図に示す如く蓋とスポット溶接した。また、負極
リチウムと負極となる鋼缶との接着は、極板群と鋼缶と
の緊縛力（電解液注入による極板群の膨張によって生じ
る）によった。電池上部はポリプロピレンをガスケット
としてかしめて密封した。

（３）性能試験 カットオフ電圧を２．５Ｖ，４．２Ｖとし、充放電電流
を４０ｍＡとして蓄電容量を測定したところ、６００ｍ
νｈの充・放電か可能であった。

電圧は安定しており、サンプル数２０個の追試験でも信
頼性があった。また、電池の内部抵抗は１，２Ωであっ
た。

比較例 （１）電池作製 東電体を一体化していないニッケル箔上に、丈施例と同
様の方法で、ポリアニリンを合成した。この正極とセバ
レータと負極リウチムを巻き取って、電池を作製した。

この時、正極と正極集電体（幅５ｍｌｌ、長さ７０ｍｍ
）はスポット溶接によって接着したが、完全に接着する
ことはできなかった。負極と負ｔ！ｉｉ！端子（銅缶）
との接続は、実施例と同じ緊縛力によった。極板群をキ
ルド鋼缶に封入した後は、実施例と同様に電池を密封し
た。

（２）性能試験 作製した電池を実施例と同様の方広で性能試験を行った
。サンプル数２０ケのうち、半数は内部抵抗が実施例の
電池に比較して高＜、２．３Ωから１５Ωまでばらつい
た。これは、正極集電体と正極の集電極が接着しにくい
ことから生じたものと考えられる。正極集本体はスパイ
ラル状に巻くために薄くなければならない。従って、今
回は正極集電極と東電体は２０μｍの薄膜を使用した。

ところが、この様な薄膜同志のスポット溶接は容易では
なく、不良品が出やすくなる。そのために、比較例の電
池では接触のみの接着となり易く、内部抵抗が大きくな
ってしまう。

このことに起因して、電氾の蓄電容量は２６０ｗｈ　／
　ｋｇから６　０　０　ｍＷｈまでばらつき、また同一
の電池に関しても、電圧が不安定になり易く、信頼性に
劣った。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のプラスチック電池によれば、極
板群の構成が簡単なものとなると共に、各電極と外部端
子との接続がそれぞれ１ケ所で済み、従来の正極高分子
複合電極の集電極と集電体（正極端子との通電用リード
）を接着する工程がなくなり、接続不良の発生率を低減
できると共に、電池の組立が簡単となり、コスト的にも
有利である。また、電地の内部抵抗が安定して低く抑え
られ、電圧と蓄電容量に関しても電池間のばらつきがな
くなり、信頼性か向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる集電極の一実施例を示す平面図
、第２図は本発明で用いる正極高分子複合電極の一実施
例を示す平面図、第３図はスパイラル型極板群の一態様
を示す概略構戊図、第４図は本発明に従って組み立てた
プラスチック電池の一実施態様を示す概略構成図、第５
図はスパイラル型極板群の他の態様を示す概略構成図、
第６図は集電棒の一実施例を示す概略構成図、第７図は
本発明に従って組み立てたプラスチック電泊の他の実施
態様を示す概略構成図である。 １は正極高分子複合電極、２は集電極、２ａは集電体部
、３は導電性高分子膜、４はセパレータ、５は負極、６
は極板群、７は？ＩＳｍ缶、８は蓋、９は外部端子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性高分子を電極活物質として用いるプラスチ
   ック電池において、負極と、セパレータと、集電極上に
   導電性高分子を被着し、かつその一端部において上記集
   電極を横方向に突出せしめて集電体部を形成した正極高
   分子複合電極とを重ね、スパイラル状に巻いて極板群を
   形成し、該極板群を上記集電体部が上側に配置されるよ
   うに電槽缶内に収容し、上記負極を負極外部端子に接続
   すると共に、上記正極高分子複合電極の集電体部を正極
   外部端子に接続したことを特徴とするプラスチック電池
   。
2. （２）上記集電体部が中央部上方に突出するようにスパ
   イラル状に巻いた極板群を電槽缶内に収容し、上記集電
   体部を蓋に接合して該蓋の外部端子を正極外部端子とす
   ると共に、負極を電槽缶内面に接触させ、該電槽缶を負
   極外部端子としたことを特徴とする請求項１記載のプラ
   スチック電池。
3. （３）中心部に中央軸線に沿ってスリットが形成された
   集電棒を配設し、該集電棒のスリットに負極の一端部を
   接続し、かつその外側にセパレータ及び正極高分子複合
   電極の集電体部と反対側の端部を重ね、上記集電体部が
   外周部上方に突出するようにスパイラル状に巻いた極板
   群を電槽缶内に収容し、上記集電体部を電槽缶内面に接
   合して該電槽缶を正極外部端子とすると共に、上記集電
   棒上端部を蓋中央部の外部端子の凹部に嵌合して該蓋の
   外部端子を負極外部端子としたことを特徴とする請求項
   １記載のプラスチック電池。