JPH05166539A - 電池の内部構造 - Google Patents

電池の内部構造

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JPH05166539A
JPH05166539A JP3350426A JP35042691A JPH05166539A JP H05166539 A JPH05166539 A JP H05166539A JP 3350426 A JP3350426 A JP 3350426A JP 35042691 A JP35042691 A JP 35042691A JP H05166539 A JPH05166539 A JP H05166539A
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JP
Japan
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battery
metal foil
negative electrode
roll
active material
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Withdrawn
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JP3350426A
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English (en)
Inventor
Kenji Otsuka
健司 大塚
Ikuro Arimatsu
郁朗 有松
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/10Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with wound or folded electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属箔にそれぞれ活物質を添着させてなる正
極及び負極と、活物質同志がセパレータを介し対向配置
するように、ロール状に捲回した電池で、高容量な電池
構造の提供。 【構成】 ロールの最外周部に、正電極或いは負電極の
何れか一方の金属箔を露呈させ、該金属箔と電池缶との
間に導電性のスプリングを介する。 【効果】 従来の電気取出し用タブによらずに、電池缶
壁を通じて安定して電気が取り出せ、電池缶内のスペー
スが有効活用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電池、特に非水系に好
適な電池の構造に関する。より詳細には、本発明は、活
物質を表面に付着させた金属箔により正極及び負極をそ
れぞれ構成し、これらの正極及び負極をセパレータを介
して重ね合わせた上、ロール状に巻き込んで、高出力、
高エネルギー密度で電気エネルギーを取り出すことの出
来る電池、特に非水系電池の構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】正負の電極がセパレータを介して対向配
置される形態の電池では、一般に、電池の出力特性が対
向する正負電極の面積に比例するので、大電流を取り出
すためには、その面積をできるだけ広く保持させる必要
がある。
【0003】特に、非水系の電池の場合は、使用される
電解液自体の導電性が比較的低いために、より一層広い
面積を確保する必要がある。従って、電極に広い面積が
効率良く得られるようにするため、薄い金属箔を集電体
として、これに活物質を添着させて各電極を形成した
上、ロール状に巻き込んで構成したものが有効である。
例えば、特開昭60−253157号公報には、厚さが
1〜100μmのアルミニウム箔を使用し、高出力でか
つ高エネルギー密度を供えたこの種の非水系二次電池が
開示されている。
【0004】しかしながら、金属箔集電体の両面に活物
質を添着した上、かかる正負の電極をロール状に巻き込
んだ場合、最外周部の外側にある活物質に対しては、対
極の活物質が存在しないため、殆ど機能しないという問
題が生ずる。しかも、かかる構造の電池においては、一
周当たりの長さが最外周部で最も長くなるので、実質的
には機能しない最外周部の占める容積は容認しがたい割
合となる。
【0005】本発明者らは、かかる問題を解決するため
に、先に、前記正電極及び負電極のうち、少なくともロ
ール状に捲回した状態で最外周部となる方の極を、片面
のみに前記活物質が添着された2枚の金属箔の前記活物
質が、添着されていない面同士を密着させて一体に形成
し、該一体に形成した極の外側となる金属箔を内側とな
る金属箔よりもほぼ外周の一周分短くなして、前記内側
となる金属箔で前記最外周部を囲むようにしたことを特
徴とする、電池構造を発明し、特許出願している(特願
平2−269607号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記の金属箔で最外周
部を囲んでいる電池においては、該最外周部を金属製電
池缶の内壁に直接触れさせることにより、電池缶壁を通
じて電気エネルギーの取り出しができる。このようにす
ることにより、電気エネルギー取り出し用のタブ材が省
略でき、電池缶内のスペースをより有効に利用できる。
【0007】しかしながら、金属箔で最外周部を囲んで
なる電極体を単に電池缶に挿入しただけでは、該最外周
部と電池缶内壁との電気的接触が不十分であり、安定し
て電気エネルギーを取り出すことが出来なかった。
【0008】本発明は、金属箔にそれぞれ活物質を添着
させてなる正電極及び負電極を、前記活物質同士がセパ
レータを介して対向配置するように、ロール状に捲回し
て構成された電池の構造において、前記ロールの最外周
部に前記正電極或いは負電極の何れか一方の金属箔を露
呈させ、該外周部と金属製電池缶内壁とを確実に接触さ
せ、電池缶内壁を通じて安定して電気エネルギーを取り
出せる、高容量な電池構造を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、前記ロールの金属箔が露呈した最外周
部と金属製電池缶内壁との間に、導電性のスプリングを
介することを特徴とする。以下、本発明を具体的に説明
する。
【0010】本発明に用いる導電性のスプリングは、剛
性のある金属製の薄板が好ましく、具体的には、硬質銅
或いはリン青銅のような銅合金、ステンレススチール、
ニッケルなどが例示される。そのスプリングの厚みは、
10μm〜300μmが適当である。10μmより薄い
場合は、スプリング力が不足して安定した電気的接触が
得られない。また、300μmより厚い場合は、剛性が
強すぎて、前記ロールを電池缶に挿入する際に、該ロー
ルを損傷する恐れがあり、更に電池缶内の容積を無駄に
するので好ましくない。
【0011】そのスプリングの形状は、特に規定されな
いが、長方形が一般的であり、長辺を電池の長さ方向に
して挿入する。長辺は概ね前記ロールの長さより数mm
短くし、短辺は電池缶の直径の1/5〜3倍、好ましく
は1/5〜3/2倍程度でよい。前記ロールの底部を電
池缶に挿入し易くするように、前記スプリングを予め成
形しておくことも有効である。挿入するスプリングの数
は、1枚でも複数枚でもよい。
【0012】本発明に用いる正極活物質としては、リチ
ウムイオンを脱ドープしかつドープし得るものであれば
特に制限されない。例えば、二次電池の正極活物質で
は、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化
物、リチウムクロム酸化物、リチウムバナジウム酸化
物、リチウムモリブデン酸化物、リチウムモリブデン硫
化物、リチウムチタン酸化物、リチウムチタン硫化物な
どの金属の複合酸化物を挙げることができる。好ましく
は、LiCoO2 の構造を持つリチウムコバルト酸化物
やリチウムマンガン酸化物である。また、一次電池の正
極活物質としては、リチウムコバルト酸化物、酸化マン
ガン等がある。
【0013】本発明に用いる負極活物質としては、リチ
ウムイオンを脱ドープしかつドープし得るものであれば
特に制限されない。例えば、二次電池の負極活物質で
は、任意の炭素質材料、例えばグラファイト、ピッチコ
ークス、ニードルコークス、石油コークス、有機高分子
の焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロ
ニトリル等の焼成体)等を用いることができる。また、
一次電池についても、同様の炭素質材料等がある。
【0014】集電体としての金属箔としては、負極用に
厚み100μm〜5μm程度の銅、ニッケル、ステンレ
ススチール等を用いる。好ましくは、銅、ステンレスス
チールである。また正極用に厚み100μm〜5μm程
度のアルミニウムなどを用いる。
【0015】バインダーとしては、テフロン、ポリフッ
化ビニリデン、ポリエチレン、ポリスチレンなどを挙げ
ることができる。前記金属箔に添着する負極活物質及び
バインダーの膜厚は、片面当たり60〜750μmが一
般的である。
【0016】本発明に用いるセパレータとしては、ポリ
エチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンの微多
孔膜の1種の単独膜或いはそれらの1種又は2種以上の
貼り合わせ膜を使用できる。また、ポリオレフィン、ポ
リエステル、ポリアミド、セルロースなどの不織布も単
独で或いは上記多孔膜と組み合わせて使用できる。
【0017】本発明に用いる非水系電解質溶液には、電
解質として、例えばLiClO4 、LiAsPF6 、L
iBF4 などのリチウム塩のいずれか1種又は2種以上
を混合したものを使用できる。また、前記電解質溶液の
溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレ
ンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、
2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラ
ン、スルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、
ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチルなどのいずれか1
種または2種以上を混合したものが使用できる。
【0018】本発明に用いる電池缶の材質としては、ス
テンレススチール、ニッケル鍍金スチールなどを用い、
その形状としては円筒型又は長円型とするのが一般的で
ある。
【0019】本発明の電池、特に非水系の電池の内部構
造においては、片面或いは両面に活物質及びバインダー
を添着した金属箔を正負電極とし、セパレータを介して
活物質同士が対向配置するようにロール状に巻回した、
円筒型又は長円型巻回物を電池缶に挿入し、非水系電解
質溶液を含浸し、封口する。この際に、上記ロールの最
外周部に正極又は負極のいずれか一方の金属箔を露呈さ
せ、かつ該金属箔が導電性のスプリングを介して電池缶
と接触させることが要する。
【0020】
【作用】本発明によれば、最外周に位置する極の集電用
金属箔と電池缶内壁とは、確実に電気的に接触させるこ
とができて、タブ部材を用いずに外部に電気エネルギー
を取り出すことができる。よって、電池缶内部のスペー
スを有効に使用した高容量な電池を提供できる。
【0021】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基いて詳細
かつ具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を制限
しない。なお、以下に記載する実施例及び比較例におい
て、正極の活物質に使用したLiCoO2 は、市販試薬
CoOとLiCoO3 とを900℃で100hr熱処理
することによって得たものである。
【0022】また、正電極は、上記の活物質LiCoO
2 に対して5%の炭素系導電フィラーを加えてなるコン
パウンドに、ポリフッ化ビニリデンの5%DHF溶液を
同量加えて懸濁液とし、これをアルミニウム箔の両面に
均一に塗布して作成した。塗布量は片面当たり300g
/m2 である。
【0023】また、負電極は、活物質として真比重2.
13の炭素質材料を平均粒径10μ前後に粉砕したもの
に、ポリフッ化ビニリデンの5%DHF溶液を同量加え
て懸濁液とし、これをニッケル箔或いは銅箔の片面に均
一に塗布して作成した。塗布量は片面当たり150g/
2 である。
【0024】更に、セパレータには、35μmのポリエ
チレン微多孔膜を用いた。かくして得られた正及び負の
電極の各活物質を対向させるようになして、その間にセ
パレータを介装しロール状に巻き込んで内径15.5m
m、高さ50mmの缶に入れた後、LiClO4 0.6
ml/Lのプロピレンカーボネート溶液を含浸させた。
【0025】(実施例1)負極金属箔として銅箔を用
い、図2に示される構造の電池を作成した。スプリング
は厚さ100μm、幅7mm、長さ95mmの硬質の銅
で、図3に示すようにコ字形に成形して電池缶内に挿入
した。含浸後のインピーダンスを測定した結果を表1に
示した。
【0026】(実施例2)負極金属箔としてニッケル箔
を用い、図2にしめされる構造の電池を作成した。スプ
リングは厚さ70μm、幅15mm、長さ40mmのス
テンレススチールで、電池缶内に1枚挿入した。含浸後
のインピーダンスを測定した結果を表1に示した。
【0027】(比較例1)負極金属箔として銅箔を用
い、図1に示される構造の電池を作成した。含浸後のイ
ンピーダンスを測定した結果を表1に示した。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】表1に明らかなように、本発明の電池の
構造のものは、インピーダンスが安定しており、従来の
電池取り出し用タブによらずに、電池缶壁を通じて安定
して電気が取り出せ、電池缶内のスペースが有効活用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術になる、ロール状に巻き込んだ電極の
外周部の断面を示す模式図である。
【図2】本発明の実施例を示し、負極金属箔と電池缶と
の間の隙間に挿入された導電性スプリングの状態を示す
模式図である。
【図3】本発明の実施例を示し、コ字状に予め成形され
た導電性スプリングをロールと共に缶挿入前の斜視図で
ある。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 正極金属箔 4 負極金属箔 5 セパレータ 6 電池缶 7 スプリング 8 ロール 9 正極の集電用タブ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属箔にそれぞれ活物質を添着させてな
    る正電極及び負電極を、前記活物質がセパレータを介し
    て対向配置するようにロール状に捲回して構成された電
    池の構造において、 前記ロールの最外周部に前記正電極或いは負電極の何れ
    か一方の金属箔が露呈しており、該金属箔が導電性のス
    プリングを介して電池缶と接触することを特徴とする、
    電池の内部構造。
JP3350426A 1991-12-11 1991-12-11 電池の内部構造 Withdrawn JPH05166539A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7618742B2 (en) 2005-01-28 2009-11-17 Eveready Battery Co., Inc. Electrochemical cell with improved internal contact
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