JPH0821386B2 - 扁平形非水液体活物質電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は正極活物質としてオキシハロゲン化物系液体
を用いた扁平形非水液体活物質電池に関する。

〔従来の技術〕 近年、電子機器の発達に伴い、自己放電が小さく長寿
命のリチウム電池が多く使用されるようになってきた。
そこで、C MOS RAMのメモリバックアップ用電源とし
て、塩化チオニルなどのオキシハロゲン化物系液体を正
極活物質として用い、電池蓋にメタル−ガラス−メタル
のいわゆるハーメチックシールを採用した筒形のリチウ
ム電池が開発され（例えば、特開昭59−51458号公
報）、これらは密閉性が高く10年間以上の長期間にわた
って使用できることから、急速に需要が伸びている。

しかし、市場においては、上記筒形のバックアップ用
電池のみならず、ICの消費電流の低減から、あるいは機
器の小形、軽量化に伴う要請から、より小形、薄形のメ
モリバックアップ用電池が求められている。

そこで、そのような要望に応えるべく、オキシハロゲ
ン化物系液体を正極活物質として用い、ハーメチックシ
ールを採用した密閉性の高い扁平形電池が開発されるよ
うになってきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記電池では、第６図に示すように、
正極集電体（10）として、二酸化マンガンなどの正極活
物質を主材とする成形体を正極に用いる扁平形リチウム
電池で採用されているような平織の金網が用いられ、こ
れに炭素多孔質成形体からなる正極（２）を圧着して集
電しているが、正極（２）が多孔質成形体であるため、
正極（２）と正極集電体（10）との密着力が弱く、電池
にかかる振動や電池の落下事故などによって、正極
（２）が正極集電体（10）から離脱し、集電能力が低下
したり、短絡が発生する。

また、正極集電体（10）が平面上の金網で構成されて
いるため、正極（２）と正極集電体（10）との位置あわ
せに手間を要し、正極集電体（10）と正極（２）との位
置ずれが生じる場合があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、第５図に示すように、中央部が電池内部側
（第５図（ｂ）では下側）に凸出したキャップ状に金属
板を成形し、これを第４図に示す電池のように正極集電
体（10）として用いることが検討されたが、上記正極集
電体（10）による場合、周壁部（10b）や中央の凸出部
（10c）により正極（２）の位置あわせが容易になり、
また振動などで正極（２）と正極集電体（10）とが完全
に離脱するようなことは少なくなったが、正極（２）の
上面に接触する主集電部（10a）の下面が平坦であるた
め、充分な集電効果が得られないという問題があった。

そこで、本発明では、第１〜３図に示すように、正極
集電体（10）の主集電部（10a）の正極（２）との接触
面側に突起（10d）を設けることにより、正極（２）と
正極集電体（10）との密着性を高め、集電能力を高める
と共に、正極（２）の正極集電体（10）からの離脱を防
止するようにしたものである。

〔作用〕 正極集電体（10）の主集電部（10a）に突起（10d）を
設けているので、これに正極（２）を圧着すると、突起
（10d）が正極（２）に食い込み、正極（２）と正極集
電体（10）との密着力が高まり、かつ、それらの接触面
積も大きくなるので、正極集電体（10）の集電能力が高
まる。

また、突起（10d）による正極（２）と正極集電体（1
0）との密着力の向上によって、正極（２）が正極集電
体（10）から離脱しにくくなる。さらに、正極集電体
（10）の周壁部（10b）が正極（２）の横方向（径方
向）への移動を阻止するので、振動などによる正極
（２）の正極集電体（10）からの離脱がより生じにくく
なる。

また、正極（２）の正極集電体（10）の圧着時、周壁
部（10b）や凸出部（10c）がガイドの役割をするので、
正極（２）と正極集電体（10）との位置あわせが容易に
なり、正極（２）と正極集電体（10）との位置ずれが生
じない。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。た
だし、実施例ではリチウム−塩化チオニル系の扁平形非
水液体活物質電池について説明するが、本発明はそれの
みに限られるものではない。

第１図は本発明の扁平形非水液体活物質電池の一実施
例を示す縦断面図であり、第２図は第１図に示す電池に
使用された正極集電体を示すもので、第２図（ａ）はそ
の平面図、第（２）図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線
断面図である。ただし、断面図においては、断面より背
面側に位置する部分の外形線で、図示すると図面を煩雑
化させるおそれのあるものについては図示を省略してい
る。

まず、電池の構成について概略的に説明すると、
（１）はリチウムからなる負極、（２）は環状の炭素多
孔質成形体からなる正極、（３）はガラス繊維不織布か
らなるセパレータであり、上記負極（１）と正極（２）
とを隔離している。（４）は電解液で、（５）はステン
レス鋼製の電池容器、（６）は電池蓋であり、この電池
蓋（６）は環状でステンレス鋼製のボディ（７）とガラ
スからなる環状の絶縁層（８）とステンレス鋼製の正極
端子（９）とからなり、上記ボディ（７）の外周部は電
池容器（５）の開口端部に溶接されている。なお、上記
ボディ（７）とは、電池を示す第１図などからも明らか
なように、電池蓋（６）の骨格部分となる主要部を意味
するものである。（10）は正極集電体であり、（11）は
ガラス繊維不織布からなる絶縁体で、正極（２）および
正極集電体（10）と電池蓋（６）のボディ（７）との間
を絶縁している。（12）は電解液注入口であり、この電
解液注入口（12）は電池容器（５）の底部（5a）の中央
部に設けられているが、本実施例のものは先端部を電池
内部側に有する円筒状をしており（電解液注入口（12）
が円筒状をしているとは、電解液の注入に際し、電解液
の通過し得る空隙が円筒によって形成されていることを
意味する）、電解液注入後にポリテトラフルオロエチレ
ン球からなる封止栓（13）が圧入されている。（14）は
ステンレス鋼製の封止板で、その中央部で電解液注入口
（12）の基端部側の開口部を覆い、外周部が電池容器
（５）の底部（5a）に溶接されている。そして、この電
池は、外径33mm、電池総高6.5mmの円板状をした扁平形
電池である。

つぎに、主要な構成部材について詳しく説明すると、
負極（１）はリング状に打抜いたリチウムシートを電池
容器（５）の底部内面に圧着して構成したものである。
正極（２）はアセチレンブラックを主成分とし、これに
強度付与のための黒鉛と結着剤としてのポリテトラフル
オロエチレンとを添加した炭素質を主材とする材料で構
成される多孔質成形体、いわゆる炭素多孔質成形体から
なるものであり、その空隙率は約85容量％で、外径27m
m、内径8mmで、厚み3.5mmの環状体に成形されている。
電解液（４）は塩化チオニルに四塩化アルミニウムリチ
ウムを1.0mol/溶解した塩化チオニル溶液からなり、
塩化チオニルは上記のように電解液溶媒であるとともに
正極活物質でもある。このように塩化チオニルが正極活
物質として用いられていることからも明らかなように、
上記正極（２）はそれ自身が反応するのではなく、正極
活物質の塩化チオニルと負極（１）からイオン化したリ
チウムイオンとの反応場所を提供するものである。

電池容器（５）は厚さ0.5mmのステンレス鋼板で外径3
3mm、高さ6mmの容器状に形成され、その底部（5a）の中
央部には内径2.1mmで電池内部側に先端部を有する高さ
約1.5mmの円筒状の電解液注入口（12）が設けられてい
る。

電池蓋（６）は前記のようにステンレス鋼製のボディ
（７）とガラスからなる環状の絶縁層（８）とステンレ
ス鋼製の正極端子（９）とからなり、上記ガラスからな
る絶縁層（８）はその外周面でステンレス鋼製のボディ
（７）の内周面に溶着し、その内周面でステンレス鋼製
の正極端子（９）の外周面に溶着していて、いわゆるメ
タル−ガラス−メタルのハーメチックシールを持ち、ま
た、前記のように電池蓋（６）のボディ（７）は電池容
器（５）の開口端部に溶接されていて、この電池はいわ
ゆる完全密閉構造となり得るように構成されている。

正極集電体（10）は、厚さ0.1mmのステンレス鋼板に
より成形されたものであるが、正極（２）の上面と接触
する環状の主集電部（10a）と上記主集電部（10a）の外
周端に位置し先端部を電池内部側に有する周壁部（10
b）と上記主集電部（10a）の内周側に位置し電池内部側
に凸出する凸出部（10c）とからなり、上記主集電部（1
0a）には正極（２）との接触面側に環状の突起（10d）
が３本設けられている。

上記正極集電体（10）の凸出部（10c）の上面は電池
蓋（６）の正極端子（９）の下面に溶接により接合さ
れ、この正極集電体（10）の主集電部（10a）に環状の
正極（２）が圧着されて主集電部（10a）が正極（２）
の上面と接触することになるが、この正極（２）の主集
電部（10a）への圧着時、周壁部（10b）と凸出部（10
c）はガイドの役割をするので、正極（２）と正極集電
体（10）の主集電部（10a）との位置あわせが容易であ
り、両者の位置ずれが生じない。

また、正極（２）を正極集電体（10）の主集電部（10
a）に圧着したとき、主集電部（10a）に設けられた突起
（10d）が正極（２）に食い込むので、正極（２）と正
極集電体（10）との密着力が高まり、また両者の接触面
積が大きくなるので、正極集電体（10）の集電能力が向
上すると共に、電池に振動がかかったり、あるいは電池
が落下したときなどでも、正極（２）が正極集電体（1
0）から離脱することが少ない。また、周壁部（10b）
も、正極（２）の外周面に接触して集電作用を行うし、
電池に振動などがかかった場合に、正極（２）の横方向
への移動を阻止するので、正極（２）の正極集電体（1
0）からの離脱がより少なくなる。

第３図は本発明の電池に使用する正極集電体の他の例
を示すもので、第３図（ａ）はその平面図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

この第３図に示す正極集電体（10）では、突起（10
d）は先端に穴をあけた円錐状に形成されており、正極
集電体（10）の主集電部（10a）には、この突起（10d）
で不連続な環が形成されるように多数の突起（10d）が
設けられている。

ただし、突起（10d）としては、第２図に示すよう
に、断面略Ｖ字状で、環状に設ける方が、プレス加工な
どが容易であるし、また、その環状突起を何本も設ける
ことによって突起（10d）の面積を増やすことが容易で
あり、集電作用も均一に行われやすいので、好ましい。

前記第１図に示す本発明の実施例の電池と第４図に示
す電池（つまり、第５図に示すように主集電部（10a）
の下面が平坦である正極集電体（10）を用いた電池）を
20℃、1kΩで連続放電させた放電特性を第７図に示す。

第７図において、本発明の実施例の電池の放電特性は
曲線Ａで示し、第４図に示す電池の放電特性は曲線Ｂで
示すが、曲線Ａで示すように、本発明の実施例の電池の
放電特性は平坦であり、同一放電時間で見た場合の放電
電圧も高い。これに対して、曲線Ｂで示すように、第４
図に示す電池は放電途中で著しい電圧降下を示し、平坦
な放電特性が得られなかった。これは、正極集電体（1
0）の主集電部（10a）の正極（２）との接触面が平坦で
あるため、正極（２）と正極集電体（10）との確実な接
触が得られないことに起因するものと考えられる。

なお、上記実施例では、絶縁層（８）をガラスで構成
したが、ガラスに代えてセラミックスで絶縁層（８）を
構成してもよい。また、実施例では、負極にリチウムを
用い、正極活物質として塩化チオニルを用いたリチウム
−塩化チオニル電池について説明したが、負極はナトリ
ウム、カリウムなどのリチウム以外のアルカリ金属で構
成してもよいし、正極活物質も塩化チオニル以外に塩化
スルフリル、塩化ホスホリルなどの常温（25℃）で液体
のオキシハロゲン化物（オキシハライド）であってもよ
い。さら、実施例では、正極（２）にアセチレンブラッ
クを主成分とする多孔質成形体を用いたが、アセチレン
ブラック以外の炭素質を主成分とするものであってもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、正極集電体（10）を
前記構成にしたことにより、正極（２）との接触を確実
にして集電効果を高め、かつ正極（２）との位置あわせ
を容易にし、しかも振動や落下による正極（２）と正極
集電体（10）との離脱も少なくすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の扁平形非水液体活物質電池の一実施例
を示す縦断面図である。第２図は第１図に示す電池に使
用された正極集電体を示すもので、第２図（ａ）はその
平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
である。第３図は本発明の扁平形非水液体活物質電池に
使用する正極集電体の他の例を示すもので、第３図
（ａ）はその平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＹ
−Ｙ線断面図である。第４図は本発明外の扁平形非水液
体活物質電池を示す縦断面図である。第５図は第４図に
示す電池に使用された正極集電体を示すもので、第５図
（ａ）はその平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＺ
−Ｚ線断面図である。第６図は本発明外の扁平形非水液
体活物質電池の他の例を示す縦断面図である。第７図は
第１図に示す本発明の実施例の電池と第４図に示す本発
明外の電池の放電特性図である。 （１）……負極、（２）……正極、（３）……セパレー
タ、 （４）……電解液、（５）……電池容器、（６）……電
池蓋、 （７）……ボディ、（８）……絶縁層、（９）……正極
端子、 （10）……正極集電体、（10a）……主集電部、 （10b）……周壁部、（10c）……凸出部、（10d）……
突起

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負極（１）にリチウム、ナトリウム、カリ
   ウムなどのアルカリ金属を用い、正極（２）に環状の炭
   素多孔質成形体を用い、正極活物質として塩化チオニ
   ル、塩化スルフリル、塩化ホスホリルなどのオキシハロ
   ゲン化物系液体を用い、上記負極（１）、正極（２）お
   よび正極活物質を含む発電要素を電池容器（５）と電池
   蓋（６）とで密閉する扁平形非水液体活物質電池であっ
   て、上記電池蓋（６）は金属製で環状のボディ（７）と
   上記環状のボディ（７）の内周側に位置しガラスまたは
   セラミックスからなる環状の絶縁層（８）と上記環状の
   絶縁層（８）の中心部に位置する正極端子（９）とから
   なり、該電池蓋（６）のボディ（７）の外周部は前記電
   池容器（５）の開口端部に溶接され、正極集電体（10）
   は金属板から成形され、かつ上記正極（２）の上面と接
   触する環状の主集電部（10a）と上記主集電部（10a）の
   外周端に位置し先端部を電池内部側に有する周壁部（10
   b）と上記主集電部（10a）の内周側に位置し電池内部側
   に凸出する凸出部（10c）とからなり、上記凸出部（10
   c）の上面は正極端子（９）の下面と接合され、上記主
   集電部（10a）には正極（２）との接触面側に突起（10
   d）が設けられていることを特徴とする扁平形非水液体
   活物質電池。
2. 【請求項２】突起（10d）が環状突起である請求項１記
   載の扁平形非水液体活物質電池。