JPH05101815A

JPH05101815A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JPH05101815A
Application number: JP3262219A
Authority: JP
Inventors: Akira Kuroda; 章黒田; Atsushi Yamano; 淳山野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JP3133420B2

Abstract

(57)【要約】【目的】帯状の正極と、放電反応に伴い消耗される消
耗性金属よりなる帯状の負極とを、セパレータを介して
巻回し最外周に負極が位置する渦巻電極体を備えた電池
であって、放電末期に負極集電タブと最外周の負極とが
切り離され、過放電時に最外周に残存する負極金属が正
極上に析出するのを抑制する。【構成】帯状の正極と、放電反応に伴い消耗される消
耗性金属よりなる帯状の負極とを、セパレータを介して
巻回し最外周に負極が位置する渦巻電極体を備えた電池
であって、ｉ）正極の巻終端部は、巻内側の負極とのみ
反応し、ii）負極集電タブは、負極の巻終端部から１周
以上巻内方の位置より集電する構成を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属の酸化物、硫化物等
を活物質とする正極と、リチウム等の消耗性金属よりな
る負極とを、セパレータを介して巻回した渦巻電極体を
備えた非水電解液電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】渦巻形リチウム電池において、一般に、
外装缶に収納される渦巻状の電極体は、正極活物質を十
分に利用するために、電極体最外周に負極を配してい
る。

【０００３】このため、放電が終了した後も、正極に片
面しか対向していない最外周の負極の半量が、反応でき
ずに残ることとなる。従来、この残存する、最外周の負
極に集電体が接続されており、強制放電により過放電状
態になると、正極活物質の反応限界を超える負極が対向
する正極表面に移動して析出し、内部ショートを招く問
題があった。

【０００４】そこで、負極厚みを極力薄くすることによ
り、最外周の負極活物質量を減少させ、リチウム析出量
を抑えることで対応していた。

【０００５】しかしながら、負極厚みを薄くする手法で
は、巻取り工程で負極が切れやすく生産性が悪い上に、
過放電時のリチウム析出量も少なくない。しかし、これ
以上負極厚みを減らせば、負極容量が減少して大幅な性
能低下を招くことが確実である。

【０００６】又、正、負極とも薄くして極板面積を増加
させた場合、単位正極面積当りの負極析出量は減少し、
放電特性は低下しないが、大幅に薄くする必要があるた
め、必要以上に対向面積が増加し、外部短絡時に大電流
が発生して電池が過熱され、セパレ−タ溶融による内部
ショートの発生が懸念される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、放電終了時
に、負極集電タブと最外周の負極とを切り離す構造を備
えることにより、過放電等により負極が正極表面に移動
して析出するのを防ぐものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】帯状の正極と、放電反応
に伴い消耗される消耗性金属よりなる帯状の負極とを、
セパレータを介して巻回し最外周に負極が位置する渦巻
電極体を備えた電池であって、ｉ）正極の巻終端部
は、巻内側の負極とのみ反応する、ii）負極集電タブ
は、負極の巻終端部から１周以上巻内方の位置より集電
する、上記要件を満たすことにより、放電終了時に負極
集電タブと最外周に残存する負極とが切り離される。

【０００９】

【作用】本発明の負極タブの配置、取り付け構造は、片
面しか正極に対向していない最外周の負極を、内周の負
極と放電終了時に切り離して、過放電時に正極上にリチ
ウムが析出するのを防ぐものである。

【００１０】当然、本発明構造を用いることによる放電
特性の低下は起こらず、負極の残量を調整する必要もな
くなるため、薄い負極板を用いずに済み、極板巻取り工
程での負極切れの問題も低減される。

【００１１】図３-ａに示した負極タブ位置をとること
により、正極エッジ効果で正極４の巻終端部Ａに対向す
る負極１の消費が早く、放電末期には図３-ｂに示す状
態となり、放電済み負極１と巻取電極体の最外周に位置
する負極１とは切り離される。

【００１２】これにより、放電終了時、電極体最外周の
負極は集電タブと接触していないため、過放電が発生し
ても最外周負極に対向する正極上への負極金属の析出は
なくなり、それによる内部ショートの発生が防止でき
る。従って、電池の過放電状態における安全性を飛躍的
に向上させることができる。

【００１３】尚、正極の巻終端部と対向する負極の巻内
側に、少くとも該対向する部分を覆うように、イオン透
過性のない絶縁物を配置することにより、負極の消費ス
ピードを制御できるため、過放電時の負極デンドライド
が防止でき、且つ、放電終了時に負極タブと最外周負極
とが切断され、負極を有効に利用できる。

【００１４】更に、負極タブを、渦巻電極体外周に存在
しない部位を介して取出すことにより、上記効果に加え
て、振動により負極タブが屈曲し、セパレータをつき破
り内部短絡するのを防止できる。

【００１５】

【実施例】［実施例１］以下に本発明の実施例につき詳
述する。

【００１６】図１に、負極の作成方法を示す。厚み０.
２０ｍｍ、幅２３ｍｍ、長さ２３０ｍｍに切断した金属
リチウム１に、幅３ｍｍ、長さ２１ｍｍのＮｉ板よりな
るＩ形タブ２を負極先端から１８０ｍｍの位置に取りつ
け、両側からテープ３で貼り付けて、リチウムに接触固
定させた。

【００１７】次に、図２に、正極の作成方法を示す。ま
ず、二酸化マンガン８９０ｇとグラファイト８０ｇをら
いかい機で３０分間混合する。更に、トリフルオロエチ
レンを加えて１０分間混合し、純水１１０ｇに溶解した
ポリビニルアルコ−ル１５ｇを加えて２０分間混練し、
スラリ−状とする。これを正極芯体に塗布し、乾燥後、
圧延、切断を行って、厚み０.４３ｍｍ、幅２６ｍｍ、
長さ２３０ｍｍの正極４を作成した。ここで、正極芯体
にはＳＵＳ３０４製の厚み０.１ｍｍのラス加工板を用
いた。この正極４の中央を、幅５ｍｍ、長さ２１ｍｍに
わたって剥離し、そこに長さ３５ｍｍ、幅３ｍｍ、厚み
０.１５ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス板をスポット溶
接して集電タブ５とし、タブは先端を除いてガラステ−
プ６で覆った。この正極を２３０℃で熱処理して水分を
除去し、除湿雰囲気中で冷却した。この正極と負極と
を、幅２９ｍｍのポリエチレン製微多孔膜セパレータを
介して巻取り、最外周を全面テープで覆った。この電極
体をＷとする。

【００１８】図３は渦巻電極体Ｗの横断面図を示し、図
３-ａは放電前、図３-ｂは放電終了時を表したものであ
る。

【００１９】正極終端部Ａは片面しか負極と対向してい
ないため、その内側にある負極の減少は早くなる。本発
明の渦巻電極体Ｗは、負極巻終端部より１周以上巻内側
から集電しているので、放電末期には正極終端部と対向
する負極が溶出してなくなり、最外周に位置するリチウ
ムは集電不能となり、過放電に対しては安全となる。

【００２０】［実施例２］以下に本発明の他の実施例に
つき詳述する。

【００２１】図４-ａに、負極の作成方法を示す。厚み
０.２０ｍｍ、幅２３ｍｍ、長さ２３０ｍｍに切断した
金属リチウム１に、幅３ｍｍ、長さ２１ｍｍ、厚み０.
１ｍｍのＮｉ製タブ２を取付け、テープ３で貼り押さ
え、次に絶縁テープ８をリチウムに貼り付けた。テープ
は幅９ｍｍ、長さ１４ｍｍ、厚み０.０６ｍｍのポリエ
チレンテレフタレ−トテープを用いた。

【００２２】正極は実施例１で作成したものと同様のも
のを用いた。

【００２３】この正極と負極とを幅２９ｍｍのポリエチ
レン製微多孔膜セパレ−タを介して巻取り、最外周を全
面テープで覆った電極体をＸとする。

【００２４】図５は渦巻電極体Ｘの横断面図を示し、図
５-ａから図５-ｃは放電に伴う負極の変化を表したもの
である。

【００２５】この電極体Ｘは次の特徴を持つ。ｉ）正極の巻終端部Ａは、巻内側の負極とのみ反応す
る。 ii）負極の巻終端部から１周以上巻内方の位置より集
電している。 vi）正極の巻終端部と対向する負極の巻内側に、少く
とも該対向する部分を覆うように、イオン透過性のない
絶縁物を配置する。

【００２６】図５-ａに示した負極タブ位置をとり、正
極巻終端部Ａと対向する負極の巻内側にイオン透過性の
ない絶縁物をその対向する部分以上にわたって配置する
ことにより、放電中は図５-ａから図５-ｃの変化を順に
起こす。放電が５０％進行すると、図５-ｂに示すごと
く、両面正極に対向している負極の消費量が多くなって
不均一な状態となる。特に正極巻終端部に対向する負極
は消費されるスピードが早く、より消耗された状態とな
る。

【００２７】この時のイオン不透過性テープ８のない部
分は点線のようになり、テープ８のない部分は、テープ
８のある部分より早く消費されていくことが示されてい
る。更に、放電末期まで進んだのが図５-ｃであり、イ
オン透過性のないテープ８の付けられた部分の負極の一
部が正極端部の影響により消費し尽くされている。この
ため負極集電タブ２と最外周部にある負極リチウム１は
導通がなくなる。

【００２８】従って、過放電状態となっても最外周リチ
ウムはリチウムイオンとなって正極へ移動することはな
くなるため、リチウムデンドライドの発生はなく、電池
安全性は保たれる。

【００２９】又、実施例２は実施例１の応用例であり、
イオン透過性のない絶縁物を正極巻終端部Ａに対向する
負極の巻内側面に配置することにより、イオン透過性の
ない絶縁物８の配置された負極部分は巻外側の正極との
み反応するため、正極エッジ効果が制御さる。よって、
放電終了直前に負極集電タブと最外周の負極とが切り離
されることとなり、実施例１に比べて放電容量が向上
し、放電特性の低下は発生しない。

【００３０】更に、図４-ａに示すように、タブテープ
３と絶縁テープ８を兼用させて、タブ２に絶縁テープ８
を貼り付けても機能上の問題はない。

【００３１】尚、絶縁テープ８はイオン透過性のない物
質で作られた障害物として用いているものであり、孔の
あるシ−ト、織物、不織物等でも同等の効果を持つ。従
って絶縁テープに限定するものではない。

【００３２】［実施例３］以下に本発明の更に他の実施
例につき詳述する。

【００３３】図６に、負極の作成方法を示す。厚み０.
２０ｍｍ、幅２３ｍｍ、長さ２３０ｍｍに切断した金属
リチウム１の終端部に、絶縁フィルム９を設置し、次い
で幅４ｍｍ、一辺が２５ｍｍと１９ｍｍのＮｉ板よりな
るＬ形タブ２を、その先端部Ｂのみがリチウムと接触す
るように位置合わせをして重ねる。ここで、リチウムと
接触するＬ形タブの長さは、一辺２５ｍｍ中の５ｍｍと
し、このＬ形タブの引出し部は、リチウムの端から２０
０ｍｍの位置とする。このタブの上から粘着テープ１０
（ポリエチレンテレフタレ−ト製）を貼り付け、負極と
する。

【００３４】正極は実施例１で作成したものと同一のも
のを用いた。この正極と負極とを、幅２９ｍｍのポリエ
チレン製微多孔膜セパレータを介して巻取り、最外周を
全面テープで覆った電極体をＹとする。

【００３５】図７は渦巻電極体Ｙの横断面図を示し、図
７-ａから図７-ｃは放電に伴う負極の変化を表したもの
である。

【００３６】電極体Ｙの負極タブの位置、構造はｉ）〜
ｖ）の特徴を持つ。ｉ）正極の巻終端部Ａは、巻内側の負極とのみ反応す
る。 ii）負極の巻終端部から１周以上巻内方の位置より集
電している。 iii）負極集電タブ２は負極の巻内側面に配置されてい
る。 iｖ）負極の巻終端部から１周以内の巻内方の位置にあ
る部位の負極は、負極集電タブと絶縁されている。ｖ）負極集電タブの延長端は、渦巻電極体外周におい
て、正極が存在しない部位を介して外装缶に接続されて
いる。

【００３７】負極集電タブは特にＬ形が必要なわけでは
なく、図８に示すように、負極集電タブの延長端をその
まま巻方向へ伸ばして負極巻終端部から取出し、接触に
より集電してもよい。

【００３８】負極の減り方は、図７-ｂに示すように正
極終端部のエッジＣに対する部分が特に早くなる特徴が
あり、放電途中の負極タブテープのない部分は点線で示
される部分である。正極の巻終わりをテープで包んだ場
合は、テープと正極との境と、対向する負極との反応が
より激しくなる。

【００３９】さて、この構造で絶縁フィルムと粘着テー
プの貼り付けられている負極面は、巻内の正極と反応で
きないので、絶縁フィルムを貼り付けられている負極
と、その外側の正極とは、正極活物質量：負極活物質量
＝１：１となるが、正極エッジの効果でより早く、確実
に切り離されることになり、図７-ｃのＤ部に示すよう
に、放電末期に負極タブと最外周負極との導通がなくな
り、過放電での負極デンドライド発生はなく、安全性は
確保される。

【００４０】もし前述のｉ）〜iv）の条件が夫々満たさ
れない場合は、最外周の負極と負極タブが放電終了時に
も接続され続けるため、過放電に対して安全でなくな
る。

【００４１】又、図９は、電極体Ｙを外装缶に挿入した
状態での縦断面図であり、ｖ）の条件を満たすことによ
り、図９に示すように、負極タブ取出し部と外装缶との
距離が短くなり、振動による負極タブの屈曲が防止で
き、内部ショートが生じない。

【００４２】［比較例１］比較例として、電極体最外周
のリチウムに集電タブを付けた場合について説明する。
正極板は実施例１と同一のものを用い、負極は厚み０.
２０、幅２３ｍｍのリチウム帯を２３０ｍｍに切断し
て、幅３ｍｍ、長さ２１ｍｍのＮｉ板よりなるＩ形タブ
を取り付けた。

【００４３】この正極と負極板を幅２９ｍｍのポリエチ
レン製微多孔膜セパレ−タを介して巻取り、最外周テー
プで全面覆った電極体をＺとする。この電極体Ｚの横断
面図を図１０に示す。

【００４４】図１０-ａは放電前の電極体であり、１は
負極、２は負極タブ、３はテープ、４は正極である。電
極体の負極タブ位置は、電極体最外周の正極に片面しか
対向していない負極上にあり、その位置より缶底へ引き
出される。

【００４５】図１０-ｂは放電末期の電極体Ｚの横断面
図である。正極に両面対向している負極は消耗されて、
Ｅの部分で切れ、最外周のリチウムが集電体の付いた状
態で残存している。この状態で過放電されると、リチウ
ムがイオン化して、リチウムと完全に反応しつくしてい
る正極上に析出する。この活性な析出リチウムがセパレ
−タを破って内部ショートを招き、その火花で発火する
恐れがある。

【００４６】これらの電極体Ｗ〜Ｚをφ１６.５、ｈ３
３.５の電池に組立て、２３℃で２００Ω放電させた結
果を図１１に示す。本発明電池は従来品と同等以上の放
電特性を示している。この結果より、本発明電池は放電
特性の低下なく、安全な電池が作製できるものである。

【００４７】

【発明の効果】本発明により、放電終了時に渦巻電極体
最外周の負極と集電タブが絶縁され、過放電時に、最外
周に残存する負極が正極に析出するのを抑制するもので
あり、更に、正極の巻終端部と対向する負極の巻内側
に、イオン透過性のない絶縁物を、その対向する部分以
上にわたって配置することにより、負極を有効に活用で
き、更に、負極タブを、渦巻電極体外周に存在しない部
位を介して取出すことにより、上記効果に加えて、振動
により負極タブが屈曲し、セパレータをつき破り内部短
絡するのを防止できるものであり、その工業的価値は極
めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による負極の作製方法である。

【図２】正極の作製方法である。

【図３】ａ本発明電極体Ｗの横断面図である。ｂ放電末期での電極体Ｗの横断面図である。

【図４】ａ本発明による負極の作製方法の他の実施例
である。ｂ本発明による負極作製方法の更に他の実施例であ
る。

【図５】ａ本発明電極体Ｘの横断面図である。ｂ放電５０％での電極体Ｘの横断面図である。ｃ放電末期での電極体Ｘの横断面図である。

【図６】本発明のによる負極の作製方法の他の実施例で
ある。

【図７】ａ本発明電極体Ｙの横断面図である。ｂ放電５０％での電極体Ｙの横断面図である。ｃ放電末期での電極体Ｙの横断面図である。

【図８】本発明の電極体の接触集電例である。

【図９】本発明電極体Ｙを外装缶へ挿入した状態での縦
断面図である。

【図１０】ａ比較電極体Ｚの横断面図である。ｂ放電末期の電極体Ｚの横断面図である。

【図１１】本発明と比較例の放電特性比較図である。

【符号の説明】

１負極２負極集電タブ３テープ４正極５正極集電タブ６ガラステ−プ７セパレ−タ８絶縁テープ９絶縁フィルム１０粘着テープＷ〜Ｙ本発明電極体Ｚ比較電極体

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の正極と、放電反応に伴い消耗され
る消耗性金属よりなる帯状の負極とを、セパレータを介
して巻回し最外周に負極が位置する渦巻電極体を備えた
電池であって、ｉ）正極の巻終端部は、巻内側の負極とのみ反応す
る、 ii）負極集電タブは、負極の巻終端部から１周以上巻
内方の位置より集電する、上記ｉ）、ii）の要件を満たしていることを特徴とする
非水電解液電池。
【請求項２】前記渦巻電極体を収納する外装缶が負極
端子を兼ねており、 iii）負極集電タブは負極の巻内側面に配置されてい
る、 iｖ）負極の巻終端部から１周以内の巻内方の位置にあ
る部位の負極は、負極集電タブと絶縁されている、ｖ）負極集電タブの延長端は、渦巻電極体外周におい
て、正極が存在しない部位を介して外装缶に接続されて
いる、上記iii）〜ｖ）の要件を満たしていることを特徴とす
る請求項１記載の非水電解液電池。
【請求項３】正極の巻終端部と対向する負極の巻内側
に、少くとも該対向する部分を覆うように、イオン透過
性のない絶縁物を配置したことを特徴とする請求項１記
載の非水電解液電池。