JPS584273A - 非水電解液電池 - 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】 本発明は、正・負極間の電解液による接触を放電の初期
から末期にわたり、広い使用条件で常に良好に保ってイ
オン伝導性を確保し、安定な放電性能の非水電解液電池
を得ることを目的とする。

放電反応により正・負極の見掛は体積の和が変化する場
合、極間距離の変化や電極のくす゛れなどが起こって放
電反応の支障要因となり易い。例えば、クロム酸銀、酸
化銅、フッ化黒鉛、二酸化マンガンなどを正極活物質と
する非水電解液リチウム電池では正極の膨張により正・
負極の体積和が増大する。又逆に、亜硫酸ガス、塩化チ
オニールなど液体活物質を用いる非水電解液リチウム電
池ではリチウム負極の消耗に比較して正極の炭素極の膨
張は小さく、正・負極の見掛は体積和が小さくなる。ま
た１通常の放電では見掛は体積が増大する電池でも、微
弱電流や高温での放電では正極の膨張が少なく見掛は体
積和が減少する場合もあり、７ツ化黒鉛を正極に用いた
場合には係る現象が見られる。

上言♂゛のうち、放電層応待に電極の見掛は体積和が増
大する場合には極間距離が縮小する方向に圧力が発生す
るが、極間に存在するセパレータや保液材の収縮には限
度があ！１１．電池容器を外方に押し拡げる方向に圧力
が加わって電池を膨張させたり、正極が過大な力で厚み
方向に圧縮されるので正極の変形や脱落が発生し、内部
短絡の原因となり易い。

この現象を第１図多第２図により説明する。

第１図は未放電状態の電池の構造図であり、図中１はス
テンレススチール製の封目板、２は１にスポット溶接さ
れた同材質の横断面が馬蹄形で表面に凹凸を設けた負極
集電体、３は２の外面に圧着されたリチウム負極、４は
ボリグロピレン不織布からなり保液材を兼ねたセパレー
タ、６は７フ化黒鉛を主体とし、これにアセチレンブラ
ックとフッ素樹脂粉末を添加し、混合して加圧成型した
中空状の正極、６はポリプロビレ／製絶縁板、７はステ
ンレススチール製の電池ケース、８はポリプロピレン製
ガスケットである。電解液はγ−ブチロ２クトンに１モ
ルのホウフッ化リチウムを溶解したもので、負極集電体
の中空部２′及びセパレータ４．正極６の中に注入又は
含浸させている。

第２図は第１図の構成の直径１７１Ｂ、高さ３゜騙の電
池＋ｚ　ｓ　ＯＯΩの負荷をつなぎ２０Ｃで放電した後
の要部ａの断面図である。

第２図に見られるように正極６の膨張が著しく正極上部
の合剤６′が上部に押し出された形に変形し、セパレー
タ４の上部４′を押し曲げて負極集電体２と接触し、内
部短絡している。

第３図は同じ電池を１５０にΩの負極につなぎ２０Ｃで
微弱放電を行った後の第１図ａ部の断面図である。

第３図に見られるように、負極３の消耗により負極の厚
さが大幅に減少しているのに対し、正極６の膨張が少い
ために正極の厚さは殆んど増大せず、正・負極間の距離
がセパレータ層４の厚さ以上に大きくなり、負極３とセ
パレータ４との間に間隙部４′が生じ、負極３の表面に
セパレータ４が密着しない状態になるので、正・負極と
セパレータの電解液との接触が不十分となり、電圧変動
や容量不足の原因となっている。

本発明は前記従来例における問題点をセパレータの改善
により一挙に解決し１強放電、微弱電流放電を問わず、
広い温度範囲で放電初期から末期にわたり常に安定した
放電特性を得ることを可能にしたものであって正・負極
間に、保液性１弾力性に富み、有機溶媒に化学的に安定
でしかも湿潤時に膨潤するセルローズスポンジを介在せ
しめたことを特徴とする。

ここでいうセルローズスポンジとは、強力人絹。

レーヨンスフなどの繊維素系繊維の原料となる高純度の
バルブから作ったビスコース原液を、凝固再生させた繊
維素と天然繊維の短繊維、あるいは合成繊維の短繊維と
を混合一体としたものに、気泡を形成させて内部をスポ
ンジ状構造にしたものである。まｆｃ、セルローズスポ
ンジは、他のスポンジと比較して保液性が大きく、例え
ばウレタンスポンジに対して１．６〜２倍の抱水量を持
ち。

２．７〜３−５ＣＣ／ｙの水を抱含する。また、液で湿
しした時には加工法によっても異るが、約１０倍の厚さ
まで膨潤し１弾力性に富んでいる。化学的には、概して
酸、アルカリには犯され易いが、有機溶媒には長期にわ
たって安定な耐薬品性を有し。

非水電解液電池の材料として適合性の高い化学的性質を
持っている。

本発明においてセルローズスポンジを正・負極間に介在
させることによる作用効果は、極間に豊富な電解液を存
在させることができ、放電反応の進行による一間距離が
変動しても、それに対応してセルローズスポンジが収縮
又は膨潤し、常に電極とその表面を電解液で湿潤した状
態で接するので極間のイオン伝導性を良好な状態に保ち
、放電反応を円滑に進めると共に、電池を膨張させる圧
力をも吸収する機能を有し、しかも有機溶媒に安定な性
質を持っているので電池の保存性能が劣化しないことに
ある。

次に本発明を実施例により説明する。

第４図は本発明を適用した円筒形電池の断面図である。

構成及び材質は第１図における封口板１゜セパレータ４
．正極６．絶縁板６．電池ケース７゜ガスケット８と同
一で、負極集電体２“が棒状のステンレススチールで、
その表面の凹凸部に第１図より肉厚のリチウム負極３′
が圧着され、セパレータ４との間にセルローズスポンジ
９の層を介在させている。γ−ブチロラクトンに１モル
のホウフッ化リチウムを溶解させた電解液は、セルロー
ズスポンジ層９に豊富に保持され、他に正極６．セパレ
ータ４にも含浸させている。本発明の利点は前述した以
外に、Ｉｌ！法上の利点も付加されている。

即ち、電池構成時に電池ケースに構成要素を組み込む際
に乾燥状態ではセルローズスポンジ９が収線状態にある
ため極間に挿入する場合に十分なりリアランスをもって
いるため挿入し易く、電解液の注入工程で膨潤して、そ
のクリアランスを適度な緊縛度でうめることができ、極
間のイオン伝導性を良好な状態にできる。

第６図は、直径１７鵡、高さ３０１Ｂの電池１τ６００
Ωの負荷をつなぎ２０Ｃで放電した後の第４図の要部す
の断面図である。第２図に見られると同様正・負極の見
掛は体積和は著しく大きくなっているが、セルローズス
ポンジ９の収縮により正極６が異常変形したシ脱落した
りする現象が防止され、第２図に見られる内部短絡の心
配が全くない。

第６図は、２０Ｃで１５ｏＫΩの負荷をつなぎ微弱放電
を行った後の第４図の要部すの断面図である。第６図に
見られる如く、負極３′の消耗に対し正極６の膨張方向
への体積変化が著しく小さいため、極間距離が大きくな
っているが、その寸法ギャップはセルローズスポンジ９
の膨潤によって椎られて極間の電解液による連結が十分
な状態になっている。

本発明の実施効果を、第１図による従来の電池ｌと第４
図による本発明の電池１１の試作実験により確認した結
果を第７図により説明する。

第７図は温度２０Ｃ，５００Ω負荷での放電試験特性、
第８図は温度２０Ｃ，１ｓｏＫΩ負荷での放電試験特性
を各々比較したものである。

Ｍ７図に見られる如く、比較的強放電の場合。

従来品Ｉでは正極の変形による内部短絡が放電後生で発
生して電圧が急激に低下し、第８図の微弱数′酸では放
電後生で極間のイオン伝導性が不十分となり電圧変動と
容量不足の傾向が顕著にあられれる。しかし本発明品１
１では係る問題が解決され良好な放電性能を示している
。

上述の如く本発明の実施効果は極めて大きく。

渦巻極板群構成の円筒形電池やボクシ型電池に適用して
も同様の効果が得られ、また本実施例で挙げた７ツ化黒
鉛リチウム電池以外にも、負極にリチウム、アルミニウ
ム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどの軽金祠
を用いアセトニトリル。

１−２デイメトキシエタン、プロピレンカーボネイト、
１−３デイオキソラン、テトラヒドロフラン等の有機溶
媒を溶媒とし、溶質として金属塩や。

正極活物質を兼ねた塩化チオニールや亜流酸ガスを溶解
した非水電解液を用いるいわゆる非水電解液電池全般に
わたシ適用で、きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電池の断面図、第２図、第３図は第１図
の電池を放電した後の要部ａの断面図。 第４図は本発明の実施例における電池の断面図。 第６図、第６図は第４図の電池を放電した後の要部すの
断面図、第７図、第８図は従来の電池と本発明電池との
放電特性比較図である。 ２．２“・・・・・・負極集電体、３，３’・・・・・
・リチウム負極、４・・・・・・セパレータ、６・・・
・・・正極。 ９−・・・・・セルローズスポンジ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名！ｓ
１図 θ− 第２図　　　第。図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 正極と負極との間に、有機溶媒に化学的に安定であって
   かつ湿潤時に膨潤し弾力性に富むセルローズスポンジを
   介在したことを特徴とする非水電解液電池。