JPS60115166A - 電極物品 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被保護電極材料および電気器具におけるその
使用に関する。

［従来技術］ ある電気要素（例えば、ある電極飼料）は、不都合な操
作手順および／または特別な条件（例えば、乾燥室組立
）を必要とする物理的脆弱さまたは高い化学的反応性の
ため、電気器具の製造時に取扱うことが難しいという限
りにおいて感応性である。

そのような感応性材料の例には、アルカリ金属およびア
ルカリ土類金属、特にリチウムセル用の金属リチウム電
極が挙げられる。そのようなセルにおいて、リチウム陽
極および適切な陰極は、多孔質ポリマー電極セパレータ
一層（例えば、微細多孔質ポリプロピレン）とともに組
立てられる。

金属リチウムは、電極として使用するために薄いストリ
ップに圧延することが難しい。米国特許第３，７２１，
１１３号には、リチウムへの接着を防止するように十分
に低い臨界表面張力を有り”る平坦な（１μｍより少な
い表面凹凸の）ポリマー表面の間でリチウムを圧延する
ことによってこの難しさを緩和する方法が記載されてい
る。ポリマーは、リチウムを圧延するため用いるロール
の表面に被覆されてよく、あるいはリチウムに而するま
たはリチウムを包囲するシートの形状であってよい。こ
のシートはリチウムに接着せＣ１圧延後にリチウムスト
リップから剥離される。この方法は、薄いリチウムスト
リップを製造する圧延操作を容易にするが、扱い難いリ
チウムストリップを電気器具へ組込むことについては改
良がなされていな種々の材料および構造のセル電極が提
案されているが、材料の化学的および電気的性能が強調
され、組立方法自体に注意はほとんど払われていない。

例えば、英国特許第１．５３３，２７９号には、−特別
な種類のセルの貯蔵時に生じ易い電極の不動態化を防止
するためリチウム／塩化チオニルセルにおいてリチウム
ストリップ電極の表面にビニルポリマーフィルムの薄い
接着性被覆を用いることが記載されている。ビニルポリ
マーフィルムは、塩化チオニルに不溶性であ′す、その
存在下で劣化または分解してはならない。該フィルムは
、セルの作動時に流れる電流のため必要な、リチウムと
塩化チオニルとの間のイオン移動を可能にするように十
分に薄くなければならない。該特許の実施例に示されて
いないが、ビニルポリマーフィルムはセルの唯一の電極
セパレーターとしても働き、通常必要なものより薄いセ
パレーターの使用を可能にすると記載されている。その
ため、ビニルポリマーのいくぶん厚いフィルムが望まし
い。しかし、セルの許容可能な電気性能に必要なイオン
移動は、フィルム厚がこのように増加することによって
悪影響を受ける。ポリスチレンの電極セパレーターかア
ルカリセルに関する米国特許第４，３１５．６０２号に
記載されているが、このセパレーターはイオン移動を可
能にするように十分に薄いことが必要である。米国再発
行特許第２２０６５号には、水性セルにおいて金属電極
板」二に薄い多孔質ポリスチレン被覆を用いることが記
載されている。この被覆は標準多孔質電極セパレーター
ンートの単なる代替物であり、被覆は十分に多孔質であ
るように薄くあるべきと強調されている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、電気器具組立方法において重要な改良
を行い得る物品を提供することにある。

し発明の構成］ 本発明は、電極物品が電気器具において電極として用い
られる場合に電極セパレーターとして機能できる多孔質
保護材料の可撓性層に、その表面の少なくとも一部分で
接着していることを特徴とする連続金属電極材料を有し
て成り、 該器具を組立て得る自動装置へ供給するのに適しノコ形
状である電極物品を提供する。

多孔質の可撓性電極セパレータ一層は、保護された電極
材料の機械的変形を維持するように十分に厚くてよい。

これには、例えば電極材料の厚さを減少するため、保護
材料によって保護しながら感応性電極材料を変形する工
程および／または望ましい形状（例えば、湾曲またはコ
イル状セル電極）に４゛る工程を好都合に包含する組立
方法が可撓性保護層によって実現するとい・う利点があ
“る。

従って、本発明は、多孔質保護材料の可撓性層によって
保護されていることを特徴とする感応性電極材料を何し
て成り、 電極１は、保護材料に接触しながら、その表面積が増＋
１１１するように変形されており、保護飼料層は電気器
具において電極として用いられる場合に電極セパレータ
ーとして機能できることを特徴とする電極物品を包含す
る。

感応性電極材料が自動組立の応力に耐えるように保護材
料を用いることによって、重要な加」Ｊ感性が生じる。

保護材料層は、適切な接着促進表面性質（例えば、１μ
ｍより大きな表面凹凸）を有してよい。供給可能を物品
は、複数の電気器具を製造できるように十分に長いスト
リップの形状であることか好ましい。

保護材料層は、（例えば、前記目的のため）かなりの量
の変形後に、電極材料の汚染および機械的損傷の両方に
対して有用な程度に保護し、かつその一体性を維持する
という意味において、電極飼料の機械的変形を維持し得
ることが好ましい。保護材料が維持することが好ましい
変形の量は、通常どおりである。

容認できない程度に保護を減少させるようにＱ・び割れ
る脆弱な層（例えば、容認できない程度に摩耗するまた
は破れる非常に薄い層）は、他の方法のそのような処理
において容認できない程度に反応する材料であるので、
望ましくない。

保護材料が電極セパレーターとして「機能できる」とい
う記述は、保護材料は、使用時に電気器具に（ｊ在４−
４市解液力叶分に浸透する程度に多孔質（この用語は本
明細書において微細多孔質を包含する。）であることを
意味する。実際に浸透に要する時間は、特定最終用途に
合致するように、保護材料、孔寸法および浸透液を適切
に選択することによって制御できる。不織布は保護飼料
として用い得るが、多孔質ポリマーフィルムが好ましい
。

保護層は、あらゆる好都合な方法によって、好ましくは
連続工程として、例えば、既に多孔質のポリマーフィル
ムを用いての加圧ラミネート、または適切に多孔質の被
覆を行う条件下の溶液被覆、または（例えば、適切な発
泡剤を用いる）溶融押出（これは、電極材料の分野にお
いて新規性かつ進歩性を有すると考えられる。）によっ
て適用してよい。

本発明の利点は、更に多孔質の飼料でさえが電極材料の
汚染に対しである程度の保護を与えるということである
。これは、保護材料が激しい反応の可能性を減少させる
ので、ある汚染物（例えば、水）と激しく反応４゛る電
極材料（例えば、アルカリ金属）において特に有益であ
る。

保護材料は、電極材料とともにｔめ組１′Ｌ−ＣらＡ１
、電極セパレーターとして働き、従って、電気器具組立
時における電極およびセパレーターの取扱いおよび整合
の問題のいくつかを解消し、自動操作を容易にする。保
護材料は、電極セパレーターとしての機能が向上するよ
うに、電極飼料に接触しながら、変形（例えば、伸張）
されてよい。

感応性材料には種々の理由から保護が必要である。感応
性材料の例には、貯蔵時に大気ガスまたは湿気による作
用を受ける材料：組立時に接触ケる液体と尚早に反応す
る材料；貯蔵時に汚染による損害を受ける材料；物理的
強度または一体性に不足しく例えば、同じ厚さの保護飼
料より低い引張強度を有し）、よって物理的損傷からの
保護を要する材料が挙げられる。本発明は、使用時に液
体が材料へ接近可能であるが、物理的脆弱さのため物理
的保護を要する材料において特に有用である。保護材料
は、その成分を適切に選択するこきによって、他の副次
的機能（例えば、感応性材料の表面」二の多孔質層にお
いて化学的反応体または触媒を供給すること）を果たす
こともできる。

要すれば、多孔質保護材料は、特別の保護を与えるよう
に、かなり液体不浸透性の飼料からできた除去可能な層
をその上に有してよい。除去可能な材料は、下にある保
護材料と同じ、あるいは異なっており、実質的に非多孔
質のフィルム（例えば、Ｓ　ａｒａｎ）であることが好
ましく、電気器具へ物品を組込む前に除去される。

本発明の別の利点は、電極物品が、好ましくは自動的か
つ連続的に、前記のように連続した電気器具へ物品の連
続部分を組込み得る装置へ供給するため、好ましくは長
い、連続ストリップの形状で供給できることである。

そのような自動的組立方法は、本発明の物品のない時に
従来用いられていた１つずつ手で組立てる方法より、（
特にアルカリ金属またはアルカリ土類金属電極材料にお
いて）有益である。

本発明の物品は、対になる電極材料および電気器具の他
の要素とともに組立てることができる。

この際、保護されていない電極材料、特に反応性金属（
例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属）を取扱
いかつ整合する場合よりずっと容易である。適切な電気
器具（例えば電気セル、特に非水性セル）の陽極または
陰極、あるいは両方は、本発明の物品によって供給され
てよい。非水性電気セルの反応性金属陽極、特にリチウ
ム陽極は、本発明物品の重要な実用的用途である。物品
は、電極材料の一部分（例えば、平坦なストリップ電極
の１つの主表面）に、既知の他の要素（例えば、集電層
）を有してよい。そのような集電層は、絶縁材料（例え
ば、本発明の保護電極セパレーター材料）の下にあって
よく、あるいは多孔質層を一方側のみに有する電極の反
対側における保護層として働いてよい。本発明の物品に
組込む他の付加的要素に適合するように他のアレンジメ
ントか用いられてよい。

本発明は、非水性セルの反応性金属電極、例えばアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属電極、特にリチウムセル
のリチウム電極において特に有用である。これらおよび
他の材料の薄いシート電極の製造は、電極材料の厚さが
減少するまたは（例えば、表面形状を変えることによっ
て）表面積が増加するように、保護材料層に接触させな
がら電極材料を変形する（例えば、圧延する）ことによ
って容易になる。このように、リチウムの薄い（例えば
、厚さ約０．０７５ｍｍ）シートは、従来、製造および
取扱いに困難かつ高価格を要したが、本発明において、
容易に得られる厚さ０．２５ｍｍのストリップから製造
できる。電極材料は、保護層に損傷を与えない温度およ
び圧力で可鍛であることが好ましい。

本発明は、被保護電極物品から形成された電気器具用電
極、およびそのような電極を有する電気器具を包含する
。

本発明は、被保護電極物品の製造方法、および被保護電
極物品を有する電気器具の製造方法（特に、自動的方法
）をも包含する。後者の方法は、前記のような被保護電
極物品を製造する工程、および電極物品を電解液と接触
させ、電極材料に接触させるためポリマー材料層に電解
液を浸透する工程を包含する。電極物品は、好ましくは
自動的に、複数の器具へ物品の一部分を組込む装置へ供
給されることか好ましく、物品が１ｉｉｊ記の除去１可
能な層を有する場合、装置は好ましくは自動的にその除
去を行うことが好ましい。

適した保護材料には、ポリマー、好ましくは角機ポリマ
ー（例えば、重合可能な二重結合をＨする化合物のポリ
マー、および縮合可能な化合物の縮合ポリマー）が包含
される。

重合可能な二重結合を有する化合物の有用なポリマーは
、炭素数２〜Ｉ２のエチレン性不飽和炭化水素（例えば
、エチレン、プロピレン、ｎ−ヘキシレン、　１１−ド
デセンまたは４−ｔ−ブチルスチレン）のポリマー１．
およびビニルエーテル（例えば、メチルまたはエチルビ
ニルエーテル）のポリマーから選択できる。これら化合
物の中で好ましいものは、その価格が低いので、ポリエ
チレンおよびポリプロピレンである。

上記モノヤー化合物のコポリマーも有用である。

有用な縮合ポリマーは、ω−アミノ脂肪酸およびそのラ
クタムの自己縮合物（例えば、カプロラクタムの縮合ポ
リマー、およびＩＩ−アミノウンデカン酸の縮合ポリマ
ー）から選択できる。

縮合ポリマーは、炭素数６〜９のジアミンと炭素数６〜
１０のジカルボン酸のポリアミドであってよい。典型的
かつ有用なジアミンには、ヘキザメチレンジアミン、ノ
ナメチレンジアミンおよびアリールジアミン（例えば、
ｍ−およびｐ−フェニレンジアミン）か包含される。典
型的かつ有用なン）Ｊルボン酸には、アノピン酸、スペ
リン酸、アゼライン酸、テレフタル酸およびイソフタル
酸が包含される。好ましいポリアミドは、一般的な入手
し易さを理由としてヘキザメチレンジアミンとアノピン
酸の縮合物である。

縮合ポリマーは、アリールジカルボン酸（例えば、フタ
ル酸、テレフタル酸およびイソフタル酸）と炭素数２〜
６のグリコール（例えば、エチレングリコール、ブチレ
ングリコールおよびヘキシレングリコール）のポリエス
テルからも選択できる。

有用な固型ポリマー組成物には、エチレン／テトラフル
オロエチレンコポリマー（商標名１−１’ｃｆｚｅｌＪ
）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン＝１ポリマ
ー、ポリ２−メチルプロペン、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリ４−ｔ−ブチルスチレン、ポリビニルメチ
ルエーテル、ポリ６−アミノカプロン酸、ポリ１１−ア
ミノウンデカン酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
デカメチレンセバカミト、ポリへブタメチレンピメラミ
ド、ポリオクタメチレンスベラミド、ポリノナメチレン
アゼラアミトおよびポリへキザメチレンアジパミトか包
含される。

ポリマーは多孔質フィルムとして供給されることが好ま
しく、例えば、ポリプロピレンの微細多孔質フィルムで
あるＣｅ１ａｎｅｓｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市
販されている［ｃｅｌｇａｒｄＪである。

保護材料は電極材料と相互作用しないことか好ましいが
、有益に相互作用する場合す本発明の範囲内である。架
橋保護材料、特に電離線照射によ−て架橋したポリマー
は有益な耐温度性および他の性質を有する。

［発明の好ましい態様］ 以下に実施例を示し、本発明を更に詳しく説明する。

実施例Ｉ リチウム箔（Ｆｏｏｔｅ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｃｏ、市販
品）と２層の微細多孔質ポリプロピレン（Ｃｅ１ｇａｒ
ｄ２４００、Ｃｅ１ａｎｅｓｅ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ市販品）のラミネートを製造した。リチウム箔は、厚
さ０．２５ｍｍ１幅３７ｍｍのテープ形状であった。微
細多孔質ポリプロピレンは厚さ０．０２５ｍｍであった
。ニップ間隙０．２５ｍｍ、６０°Ｃにおいて２層の微
細多孔質ポリプロピレンでリチウムテープを挾み圧延し
てラミネートした。

リチウムをラミネートする前、間および後、リチウム金
属の劣化を防止するためリチウムを乾燥雰囲気下に保っ
た。

実施例２ 実施例１で得たラミネートを用いて電導性試験を行った
。添付図面の第１図に電導セルの概略図を示す。

第１図において、ニッケル網片３に接続しているリチウ
ム２とＣｅｌｇａｒｄ　Ｉのラミネート試料は、０リン
グによって電導セルに封入されている。Ｉ７＋ｃＦ３Ｓ
ｏ３０．５Ｍのジフトキンエタン／プロピレンカーボネ
ート（５０１５０）の電解液５を加え、電導ブリッジ７
．８において電極６を用いてリチウム両側でＣｅｌｇａ
ｒｄの電導度を測定し、次の結果を得た。これは、電池
の用途に適した導電率である。

Ａ側　２Ｘ１０−’Ω−１ｃｚ　Ｉ Ｂ側　２．ｌＸ１０−３Ω−１ｃｍ−１実施例３ 添付図面の第２図は、本発明の電気器具の製造方法を実
施し得る電気セル製造装置の概略図である。

第２図において、本発明の多孔質ポリマー保護飼料によ
って保護されているリチウム陽極材料のストリップ１１
は、サプライロール１２からフィードロール１３を通っ
てレイアップロール１４へ供給される。レイアップロー
ルＩ４において、フィートロール１６からの陰極材料の
ストリップ１５は被保護陽極と密接に整合され、リチウ
ム陽極に担持された多孔質保護材料は陽極と陰極との間
に挾まれる。次いで、整合された陽極／陰極アッセンブ
リは、スプールスレッディングユニット１７、更に、ス
プールワインディングユニット１８を通過する。ここで
、アッセンブリはコイル状電極ア・ソセンブリになるよ
うにコイル状にされるまたはスプールされる。次いで、
コイル状アッセンブリは、コイル状アッセンブリが適切
な電解液とともにセルケースに設置されるスプールケー
シングユニツト１９を通過する。このように概略を示し
た製造装置の適切な実用的態様は容易？こ考え出すこと
ができる。

本発明の電極物品は、溶融押出陰極材料、好ましくは、
ポリマー材料および適切な陰極充填剤（例えば、二酸化
マンガンで充填されたポリエチレンオキシド）から構成
される電導性複合物とともに組立てることができる。陰
極は、電気器具を製造するため被保護陽極材料および他
の要素（例えば、集電体）上へ直接に押出すことができ
る。

押出し恐れていてもいなくてし、陰極を通って器具の他
の要素への電解液の接近が可能であるように陰極が多孔
質であることは好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電導セルの概略図、 第２図は、電気セル製造装置の概略図である。 ｌ・・多孔質保護材料、２・・リチウム、３　ニッケル
網、４・・Ｏリング、５・・・電解液、６・・・電極、
７．８　電導ブリッジ、Ｉｆ、＋５　ストリップ、１２
、ｌ　３．１４．１６・・・ロール、ｌ　７，１８．１
９ユニツト。 特許出願人　レイケム・リミテソト 代　理　人　弁理士　前出　葆　（Ｊか２名図面の浄書
（内容に変更なし） Ｆｉｇ、２ 第１頁の続き 優先権主張　［相］１９８坪１２月１５日［相］イギリ
ス（ＧＢ）［株］８３３３３゜０発明者　ジョン・アン
ソニー・　イギリス国イングラクック　アーリンドン、
オー １繻 ンド、オックスフォード　シャー、フ チヤードΦヒル、ビーチ・クローズ 手続補正書（帥） 昭和５９年１２月　６日 １、事件の表示 昭和５９年特許願第　２３２２４５　号２、発明の名称 電極物品 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　イギリス国イングランド、ロンドン・イージー４
・１エヌエル、７エツター・レーン、ロールス舎ビルデ
ィンゲス　７番、 ロールスφハウス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電極物品が電気器具において電極として用いられ
   る場合に電極セパレーターとして機能できる多孔質保護
   材料の可撓性層に、その表面の少なくとも一部分で接着
   していることを特徴とする連続金属電極飼料を有して成
   り、 該器具を組立て得る自動装置へ供給するのに適した形状
   である電極物品。 （２）電極飼料は、保護材料に接触しながら、その表面
   積が増加するように変形されている第１項記載の物品。 （３）多孔質保護飼料の可撓性層によって保護されてい
   ることを特徴とする感応性電極飼料を有して成り、 電極飼料は、保護材料に接触しながら、その表面積が増
   加するように変形されており、保護材料層は電気器具に
   おいて電極として用いられる場合に電極セパレーターと
   して機能できることを特徴とする電極物品。 （４）電気器具を組立て得生自動装置へ供給するのに適
   した形状である第３項記載の物品。 （５）保護材料は電極材料に接着されている第３項また
   は第４項に記載の物品。 （６）複数の電気器具を製造できるように十分な長さの
   長いストリップの形状である第１項または第４項に記載
   の物品。 （７）保護材料は有機架橋飼料を含んて成る第１〜６項
   のいずれかに記載の物品。 （８）電極材料および保護材料に加えて、電気器具の他
   の要素として機能できる少なくとも１つの付加的飼料を
   有する第１〜７項のいずれかに記載の物品。 （９）イ旧Ｊ目的材料は、物品が前記のように用いられ
   る場合、集電体として機能できる第８項記載の物品。 （１０）電極材料は反応性金属である第１〜９項のいず
   れかに記載の物品。 （１１）反応性金属はアルカリ金属またはアルカリ土類
   金属である第１θ項記載の物品。 （１２）反応性金属はリチウムである第１０項記載の物
   品。 （１３）電極材料は、保護材料に接触しながら、その厚
   さが減少するように変形されている第１〜１２項のいず
   れかに記載の物品。 （１４）電極飼料の厚さは０．２５ｍｍ、好ましくは０
   ．１２５ｍｍより小さい第１−１３項のいずれかに記載
   の物品。 （１５）保護月利は、電極セパレーターとしての機能が
   向上り−るように、電極材料に接触しながら変形されて
   いる第１〜■４項のいずれかに記載の物品。 （１６）保護材料は、除去可能な実質的に非多孔質の別
   の材料層の下にある第１−１５項のいずれかに記載の物
   品。 （１７）第１−１６項のいずれかに記載の物品から形成
   されていることを特徴とする電気器具用電極。 （Ｉ８）第１７項記載の電極を有することを特徴とする
   電気器具。 （１９）電気器具へ組込む時または前に、電極（Ａｌｌ
   −１の長いストリップと保護材料層を一体に接着するこ
   とを特徴とする、第１−１６項のい４″′れかに記載の
   物品を製造する方法。 （２０）電極材料は、保護飼料に接触しながら、その表
   面積が増加するように変形される第１９項記載の方法。 （２１）保護材料は電極材料表面に溶融押ｄ」される第
   １９項または第２０項記載の方法。 （２２）保護材料は電極材料に圧縮ラミネートされる第
   １９項または第２０項記載の方法。 （２３）電極セパレーターとしての機能が向−にするよ
   うに、電極材料に接触しながら保護材１′、４を変形す
   る工程を含んで成る第１９〜２２項のいずれかに記載の
   方法。 （２４）第１−１６項のいずれかに記載の物品を供給し
   、次いで物品の電極材料が電極として機能でき、かつ物
   品の保護材料が電極セパレーターとして機能できるよう
   に電気器具へ物品の少なくとも一部分を組込むことを特
   徴とする電気器具の製造方法。 （２５）第１９〜２３項のいずれかに記載の方法によっ
   て電極物品を製造することを含んで成る第２４項記載の
   方法。 （２６）物品は第１６項記載の除去可能な別の層を有す
   ることを特徴とする、除去可能な層を除去する工程を含
   んで成る第２４項または第２５項に記載の方法。