JPH0731503Y2 - 有機電解質電池 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、各種電子機器の電源として使用される有機電
解質電池に関するものであり、特にそのセパレータの改
良に関するものである。

〔考案の概要〕 本考案は、陰極と陽極を有機電解液を含むセパレータを
介して積層し、ガスケットにより絶縁密封して構成され
る有機電解質電池において、 上記セパレータを２層構造とし、第１のセパレータの端
部は陰極とガスケットの間であってガスケットの一側面
に接するように挿入し、第２のセパレータの端部は陽極
とガスケットの間であってガスケットの他側面に接する
ように挿入することにより、 放電に伴う内部短絡による容量不足を解消し、信頼性に
優れた有機電解質電池を提供しようとするものである。

〔従来の技術〕

近年、例えば時計，カメラ，電卓等の各種電子機器の小
型化が進められており、これら電子機器には小型，薄型
で水溶液系電池の中でもエネルギー密度の高い酸化銀電
池や水銀電池が使用されている。しかしながら、これら
の電池は水銀や亜鉛アマルガム等を使用していることか
ら、廃電池の処理にまつわる公害問題がとりざたされて
おり、水銀電池や酸化銀電池と互換性のある無公害な電
池の出現が強く望まれている。

このような状況の中、保存性に優れ，且つエネルギー密
度も大きく、小型，薄型化が可能で、水銀等の公害発生
物質を使用せず無公害な電池として、陰極としてリチウ
ムもしくはリチウム合金等の軽金属を用い、電解液に有
機電解液を用いた有機電解質電池（リチウム電池）が提
案され、各種の電子機器に使用されつつある。

ところで、これら有機電解質電池はその特徴の一つとし
て、放電進行に伴う陰極リチウムの減少と陽極活物質の
膨張が挙げられる。これは、放電反応で生成した陰極側
のリチウムイオンが陽極側に移動するためである。

一方、従来のコイン型の有機電解質電池は、例えば第９
図に示すように、陽極活物質（13）を充填した陽極罐
（11）に電解液を含有するセパレータ（14）を介して陰
極活物質（15）を充填した陰極罐（12）を重ね合わせ、
開口部をガスケット（16）を介して密封して構成され
る。この場合、陽極活物質（13）と陰極活物質（15）を
分離しているセパレータ（14）の外周端部（14a）は、
断面略コ字状に折り曲げられたガスケット（16）の内側
一端部（16a）と陰極罐（12）との間に挟み込まれるよ
うに挿入されているだけである。したがって、放電反応
が進行し陰極活物質（15）の体積が減少し、陽極活物質
（13）の体積が膨張した場合には、陰極活物質（15）と
陽極活物質（13）の間に介されているセパレータ（14）
が陰極側に押上られ、ガスケット（16）の一端部（16
a）と陰極罐（12）の間から容易に外れ陰極罐（12）側
に押しつけられるようになり、第10図に示すように陽極
活物質（13）がその隙間から漏出し、陰極罐（12）と接
触し電池内部において短絡が発生して、電池容量の低下
という問題が生じる。特に、この現象は陽極活物質とし
て二硫化鉄のような膨張性の大きい物質を使用した場合
に顕著である。

このように放電反応によって生じる電池の内部短絡の防
止対策の一つとして、セパレータの径を大きくし、ガス
ケットと陰極罐間への折り込み長さを長くし、陽極側の
膨張によりセパレータが押し上げられても隙間を生じさ
せない構造とすることが考えられる。しかし、この構造
ではセパレータの折り込み長さが長くなることによりセ
パレータにしわが発生し、ガスケットを挿入する際にセ
パレータをかみ込む場合があり、電池製造上の作業性の
悪化を招いてしまい好ましくない。また、断面略コ字状
のガスケットの内側端部の長さを陰極罐の平面部分に達
する程度まで長くすることによって、陽極側の膨張によ
りセパレータが押し上げられても隙間を生じさせない構
造とすることが考えられる。ところが、この構造におい
てはガスケットの体積が大きくなるため、電池内の空間
率が減少し電池の特性を劣化させるという欠点がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このように、従来のボタン型有機電解質電池の構造で
は、電池内において放電反応が進行した場合に陽極活物
質の体積が膨張し、セパレータを押上げてセパレータと
ガスケットに隙間を生じさせ、その隙間が陽極活物質が
漏出し陰極罐と接触することにより電池内部で短絡が発
生してしまうという欠点を有する。また、これを解決し
ようとしてセパレータの径を大きくしたり、ガスケット
の形状を変更しても、電池製造上の作業性の悪化を招い
たり、電池内の空間率が減少し電池の容量を低下させる
という欠点がある。

そこで本考案は、上述の従来の実情に鑑みて提案された
ものであり、電池の諸特性を劣化させることなく内部短
絡等の問題点を改善し、電池容量が大きく信頼性に優れ
た有機電解質電池を提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために本考案は、陰極と陽極を有
機電解液を含むセパレータを介して積層し、ガスケット
により絶縁密封して構成される有機電解質電池におい
て、上記セパレータを２層構造とし、第１のセパレータ
の端部は陰極とガスケットの間であってガスケットの一
側面に接するように挿入し、第２のセパレータの端部は
陽極とガスケットの間であってガスケットの他側面に接
するように挿入したことを特徴とするものである。

〔作用〕

セパレータを２層とし、第１のセパレータの外周縁を陰
極とガスケットの間であってガスケットの外側周面に接
するように挿入し、第２のセパレータの外周縁を陽極と
ガスケットの間であってガスケットの内側周面に接する
ように挿入しているため、陽極の膨張によってセパレー
タが押上げられ第１のセパレータがガスケットから外れ
ても、第２のセパレータが陽極活物質の上部を覆うよう
に配置されており、陽極活物質が漏出し陰極罐と接する
ことがないので電池内での内部短絡が防げる。

〔実施例〕

以下、本考案を適用した有機電解質電池について図面を
参考にして説明する。

本考案を適用した有機電解質電池は、第１図に示すよう
に、陽極活物質（３）を充填した陽極罐（１）に電解液
を含有するセパレータ（４）を介して陰極活物質（５）
を充填した陰極罐（２）を重ね合わせ、開口部をガスケ
ット（６）を介して密封して構成されるものである。

上記陰極罐（２）は上記陽極罐（１）よりもやや小径で
あって、これら陰極罐（２）と陽極罐（１）とは、ガス
ケット（６）の外側端部（6a）をはさんでカシメられ、
絶縁密封されている。

また、上記ガスケット（６）は、電池内部で内側端部
（6b）が略コ字状に折り返されている。

一方、上記セパレータ（４）は、２層構造をとり、第１
のセパレータ（41）と第２のセパレータ（42）が２枚重
ねの状態で陰極活物質（５）と陽極活物質（３）の間に
挟み込まれた形になっている。

そして、上記セパレータ（４）のうち陰極活物質（５）
側の第１のセパレータ（41）の外周端部（41a）は、従
来のボタン型有機電解質電池と同様、ガスケット（６）
の端部（6b）と陰極罐（２）の間に挟み込まれ、ガスケ
ット（６）の外周面（6c）側で接するように折曲げられ
ている。

これに対して、第２のセパレータ（42）の外周端部（42
a）は、陽極活物質（３）を覆い包むように下側に向け
て折曲げられており、ガスケット（６）の内側面（6d）
と陽極罐（１）の底部近傍で接するように挿入されてい
る。

ここで、上記セパレータ（４）を第２のセパレータのみ
とすることも考えられるが、この場合には逆に陰極活物
質（５）が陽極罐に漏出し、短絡が発生する虞があるの
で好ましくない。

上記セパレータ（４）は、ポリプロピレンの不織布等が
使用でき、これに有機電解液を浸み込ませてなってい
る。上記セパレータ（４）に浸み込ませる有機電解液と
しては、本実施例じはプロピレンカーボネートとジメト
キシエタンを1:1の割合で混合したものに過塩素酸ナト
リウムを１モル/l溶解したものを用いた。上記有機電解
液としては、その他プロピレンカーボネート，ブチロラ
クトン，テトラヒドロフラン，ジオキソラン等の有機溶
媒の単独もしくは二種以上の混合溶媒に、過塩素酸ナト
リウム，ホウフッ化リチウム等の電解質を溶解させた電
解液等が使用可能である。

一方、陽極活物質（３）としては、二硫化鉄と導電剤
（グラファイト）と結着剤（ポリテトラフルオロエチレ
ン）とを重量比88:9:3て混合した合剤を一定圧で成形し
たものを使用した。なお上記合剤は所望の特性が得られ
る範囲内で各種設定することができる。また、陰極活物
質（５）としては、金属リチウム箔やリチウムアルミニ
ウム合金箔等の軽金属薄を一定の形状に打ち抜いたもの
が使用できる。

また、陽極罐（１）と陰極罐（２）とを絶縁するために
使用するガスケット（６）は絶縁性や耐蝕性に優れた各
種のプラスチックが使用できる。

次に、上述のように構成される本考案を適用した有機電
解質電池をさらに明確にするためにその製造方法につい
て説明する。

先ず、第２図に示すように、端部を折り曲げた略カップ
状の陰極罐（２）に所定の厚みと径とを有するように打
ち抜いた金属リチウムからなる陰極活物質（５）を圧着
して装着し、それに第３図に示すように、陰極罐（２）
の外周縁（2a）に接する程度の大きさの円形に切り抜い
た第１のセパレータ（41）を陰極活物質（５）上に装着
する。

次に、第４図に示すように、陰極罐（２）の最外周径と
略等しい径を有する断面略コ字状の環状ガスケット
（６）を陰極罐（２）の外周縁（2a）に沿って挿入し、
第５図に示すように、上記ガスケット（６）の内側面
（6d）に接する程度の大きさの円形に切り抜いた第２の
セパレータ（42）を第１のセパレータ（41）上に第１の
セパレータ（41）と重ねるようにして装着する。

そして、第６図に示すように、所望の特性が得られるよ
うな有機電解質溶液と所定の厚みと径に加工した陽極活
物質（３）を第２のセパレータ（42）上に設置し、第７
図に示すように、断面略コ字状の陽極罐（１）を陰極罐
（２）を包み込むように被せる。これをかしめることに
よって、直径6.8mm,高さ2.1mmの第１図に示すような有
機電解質電池となる。

上述のようにして作成した有機電解質電池を実施例電池
とする。

これに対して、上述の第１のセパレータ装着工程時にセ
パレータを２枚重ねて装着し、第２のセパレータ装着工
程を省き、第９図に示すような第２のセパレータを装着
しない，いわゆる従来型の有機電解質電池を比較例とし
て作成した。

上記本考案にかかる有機電解質電池（実施例）と従来型
有機電解質電池（比較例）をそれぞれ100個作成し、こ
れを15KΩで放電し、電圧が1.0Vに下がるまでの電圧と
時間とを測定した。その結果を第８図及び第１表に示
す。

これによると実施例電池は測定電池全数が良好な放電特
性を示したのに対し、比較例電池は２個が所定の放電持
続時間の80％程度の時間で放電し終わってしまう不良が
発生した。上記比較例で発生した不良を分解検査したと
ころ、電池内部において陽極活物質と陰極活物質を分離
しているセパレータが陽極活物質の膨張により、陰極側
に押上げられており、陽極活物質がセパレータとガスケ
ットとの隙間部より漏出し陰極罐と接触していることが
確認された。すなわち内部短絡による容量の不足によっ
て放電時間が短くなってしまったのである。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように、セパレータを２層と
し、第１のセパレータを陰極側に第２のセパレータを陽
極側に装着したことにより、放電反応に伴う陽極活物質
の膨張現象により、セパレータの装着位置が変化して
も、第２のセパレータが陽極活物質の漏出を防ぎ、陰極
罐との接触を防止するため内部短絡を完全に抑制するこ
とができ、電池の信頼性が向上する。

また、有機電解質電池の特性を決定する内容積等条件を
変化させることがないため、電池の諸特性を劣化させる
ことがなく、さらには従来の電池製造部品がそのまま使
用できるため電池の生産性も維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用した有機電解質電池の構成例を示
す概略断面図である。 第２図ないし第７図は本考案を適用した有機電解質電池
の製造工程を工程順にしたがって示す断面図で、第２図
は陰極装着工程、第３図は第１のセパレータ装着工程、
第４図はガスケット挿入工程、第５図は第２のセパレー
タ装着工程、第６図は陽極活物質装着工程、第７図は陽
極罐装着工程をそれぞれ示す。 第８図は本考案を適用した有機電解質電池の放電特性を
比較例のそれと比べて示す特性図である。 第９図は従来の有機電解質電池の構成例を示す概略断面
図、第10図は従来の有機電解質電池における内部短絡状
態を示す要部拡大断面図である。 １……陽極罐 ２……陰極罐 ３……陽極活物質 ４……セパレータ 41……第１のセパレータ 42……第２のセパレータ ５……陰極活物質 ６……ガスケット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極と陽極を有機電解液を含むセパレータ
   を介して積層し、ガスケットにより絶縁密封して構成さ
   れる有機電解質電池において、 上記セパレータを２層構造とし、第１のセパレータの端
   部は陰極とガスケットの間であってガスケットの一側面
   に接するように挿入し、第２のセパレータの端部は陽極
   とガスケットの間であってガスケットの他側面に接する
   ように挿入したことを特徴とする有機電解質電池。