JPS60115167A - 被保護電極物品 - 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。

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何する平坦な（１μｍより少ない
表面の凹凸）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か記載されている
。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面するまた
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ず、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
がなされていない。

種々の材料および構造のセル電極が提案されているが、
飼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聾化を防止するため、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り、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
凸」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が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
分に薄いことが再度必要である。

［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。

［発明の構成］ １つの要旨によれば、本発明は、保護飼料の可撓性層に
よって保護されている連続的な金属電極を有して成り、 保護材料の可撓性層は、電極材料表面に接着しており、
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、保護月利の少なくとも
一部分は、該器具において保護月利が接触する液によっ
て膨潤可能であることを特徴とする電極物品を提供する
。本発明において、このように液膨潤性電極セパレータ
一層を与えるごとによって、電気性能への悪影響なく、
損傷および汚染から電極材料を保護ケる保護層の利用が
ｉｊＪ能になる。

これには、例えば電極材料の厚さを減少するため、保護
月利によ−て保護しながら感応性電極材料を変形ケる工
程および／または望ましい形状（例えば、コイル状セル
電極）にす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。このため、
電極材料は、保護層に損傷を与えない温度および圧力で
可鍛である金属であることが有益である。従って、他の
要旨によれば、本発明は、保護飼料の可撓性層によって
保護されている感応性電極飼料を有して成り、保護材料
の可撓性層は、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、保護材
料の少なくとも一部分は、該器具において保護材料が接
触する液によって膨潤可能であり、電極材料は保護材料
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
いることを特徴とする電極物品を提供する。

本発明は、電気器具を組立て得る自動装置へ供給リーる
のに適した有益な物品をも与える。保護月利がこの形状
の物品において電極へ接着されているか電極と単に一体
にされているかに関係なく、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によって補強されている
場合、重要な加工上の利点か生しる。接着性保護層か好
ましく、上記目的のため保護層は適した表面性質（例え
ば、１μｍより大きい表面凹凸）を有してよい。供給口
Ｊ能な物品は、複数の電気器具を製造できろように十分
な長さの長いストリップの形状であることか好ましい。

保護層は、あらゆる好都合な方法、例えば圧縮ラミネー
ト、溶液被覆または溶融押出（これは電極＋４料におい
て新規かつ有益である。）によって適用できる。

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、電極材料の機械的変形を維持し得
ることが好ましい。保護飼料が維持することが好ましい
変形の正確な量は、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ひび割れる脆弱な層（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、物品が前記のように使用される
場合に更なる加工または変化なく、そのように機能する
ことを意味する。保護材料は、好ましくは使用時に電気
器具に′存在する電解液が浸透できる程度に、液体膨潤
性であるからである。

実際の浸透は、特定最終用途に合致するように、保護材
料、膨潤性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。本発明の利点は、更に膨潤性の材料でさえ
が電極材料の汚染に対して有益な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Ｕるので、ある汚染物（例えば、水）と激しく反応
する電極材料（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、電極材料とともに予め組立てられ、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。

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；組立時に接触す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、同じ厚さの保護材
料より低い引張強度を有し）、よって物理的損傷からの
保護を要する飼料が挙げられる。本発明は、使用時に液
体が飼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１は
、その成分を適切に選択することによって、他の副次的
機能（例えば、感応性材料の表ＬｎＪ上の多孔質層にお
いて化学的反応体または触媒を供給すること）を果たす
こともてきる。

要ケれば、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ｉｊＪ能な層を
その」二に有してよい。除去可能な材料は、下にある保
護＋ＡＩ！Ｉと同じ、あるいは異なっており、実質的に
不浸透性のフィル２．（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０（Ｊ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、０（ｊ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つずつ手で組立てろ方法より、（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ごとができる。

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）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。電気セ
ル（特に、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（〕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、あるいは膨潤性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
ンジメントが用いられてよい。

本発明は、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、特にリチウム電極のリチウム電
極において特にａ用である。これらおよび他の飼料の薄
いシート電極の製造は、電極材料の厚さが減少するまた
はその表面形状もしくｉＪ形態か変化４′るように、保
護材料層に接触さＵ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（例えは、０．２５ｍｍより小さい、好ま
しくは０．１２５ｍｍより小さい、特に約０．０７５ｍ
ｍの厚さ）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。

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、電極飼料に接触させるためポリマー材料層に電解
液を浸透４゛る工程を包含する。

適した保護飼料は、膨潤性を付与する当該液体に合致す
るように単なる試行錯誤によって容易に選択でき、ポリ
マー、好ましくは６機ポリマー（例えば、重合可能な二
重結合を有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）を包含する。

保護材料は電極材料と相互作用しないことが好ましいが
、有益に相互作用する場合乙本発明の範囲内である。架
橋保護飼料、特に、電離線照射によってゲル含量４０％
、好ましくは少なくとら６０％に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し、溶解性ポリマー
の架橋は本発明の目的に適した膨潤性材料を製造するの
に頻繁に用いられる。

［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 膨潤性祠１：Ｉ Ａ７型アクリロニトリルポリマー 」二重ポリマーのジメチルポルムアミド５０％溶液を製
造した。この溶液から溶液流延し、室温において減圧下
で乾燥し、電子線５Ｍラドを照射して薄いフィルムを形
成した。

臭化リチウムＩＭのアセトニトリル て膨潤特性を試験した。

電導性は、下記のようなセルにおける時間の関数として
測定した。

この飼料は、上記電解液において際だって膨潤した。

電導性結果 上記フィルムにおいて、適切な溶媒と接触する時間に関
してその厚さ方向の電導性を評価した。

評価のため、添付図面の第１図に示ず電導セルを用いた
。第１図において、セルは、直流電導ブリッジ３に接続
するステンレス綱の電極２をＨする容器Ｉから構成され
ている。試験する試料４は、密封ガスケット６によって
試験ヂャンノに５の中に封入され、必要な電導液は供給
［１７から導入される。

ＬｉＣＩ？’ｓＳＯｓ　Ｏ．５Ｍのジメトキノエクン（
ＤＭＥ）／プロピレンカーボネート（ＰＣＸ５　０１５
　０）電解液を加え、電導ブリッジ３において電極２を
用いてフィルムの電導性を測定した。

実施例２・ （Ａ）ポリアクリロニトリルＡ７および（Ｂ）Ｋｙｎａ
ｒ８０６（アクリロニトリル含量４０％のニトリルゴム
）を用いて実施例１と同様にして製造したフィルムを、
温度１ｆ（１℃で金属リチウムと圧縮ラミネートした。

添付図面の第２図に示す電導性試験セルを用いてラミネ
−トを評価した。第２図において、ニッケル網片１３に
接続しているリチウム１２とフィルム１１のラミネート
は、０リング１４によって電導セルに封入されている。

Ｌ　ｉ　ＣＦ　３ＳＯ３０，５モルのり、ＭＥ／Ｉ）Ｃ
（５０１５０）電解液１５を加え、電導ブリッジＩ　７
，１８におし）で電極Ｉ６を用いてリチウム両側でポリ
マーの電導性を測定した。非架橋ポリマーと、１０Ｍラ
ドの電子線を照射して架橋したポリマーとで比較を行っ
た。

電導性結果（導電率（Ω−１ｃｒｔｒ−１））実施例３ 添付図面の第３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設備の概略図である。

第３図において、本発明の膨潤性ポリマー保護材料によ
って保護されているリチウム陽極材料のストリップ２１
は、サプライロール２２からフィードロール２３を通っ
てレイアップロール２４へ供給される。レイアップロー
ル２４において、フィードロール２６からの陰極飼料の
ストリップ２５は被保護陽極と密接に整合され、リチウ
ム両側に担持された保護材料は陽極と陰極上の間に挾ま
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２７、更に、スプール
ワインディングユニット２８を通過する。

ここで、アシセンブリはコイル状電極アッセンブリを与
え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
ルケーシングユニット２９を通過する。このように概略
を示した製造装置の通した実用的態様は容易に考え出す
ことかで　′□きる。

実施例４ リチウム箔（ＦｏｏＬｅ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｃｏ　市販
品）上へポリエチレンオキシド（Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂ
ｉｄｅ市販品、ＷＳＲ２０５）を押出し、厚さ０．１５
ｍｍの均一な被覆を形成した。これは、環状クロスへラ
ドグイを通してリチウム箔を供給することによる連続工
程として行った。ポリエチレンオキシドは、１２０〜１
４０℃でリチウム上へ押出し、次いで冷却ニップロール
の間に通した。

封入したリチウムに２５℃で電子線１５Ｍラドを照射し
た。・ 実施例２のように電導性を測定した。定常状態の導電率
は１．６８ｘｌｏ−”Ω−Ｉ　Ｃ１Ｂ−１であった。

この材料は、従来の電導セルにおいて４尾よく使用でき
た。

本発明の電極物品は、溶融押出陰極＋４１ｉ４、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ら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（Ｊ、集電体）上へ直接に押出すこ
とができる。

押出しされていてもいなくても、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図は電導セルを示す図、 第２図は、電導性試験セルを示ケ図、 第３図は、電気セル製造装置の概略図である。 ｌ・・・容器、２．１６　電極、３．１７．１８　電導
ブリッジ、４・・・試料、５　・チャンバー、６　・カ
スケラト、７・・供給口、１トフィルム、１２リチウム
、１’３・・・ニッケル網、１４・・・０リング、１５
・・電解液、２１．２５・・・ストリップ、２２，２３
．２４．２６・・・ロール、２７，２８．２９・・・ユ
ニット。 特許出願人　レイケム・リミテッド 化　理　人　弁理士　青白　葆　ほか２名図面の浄書（
内容に変更なし） ／　の“ 第１頁の続き 優先権主張　［相］１９８坪１２月１５日［相］イ・ｏ
発　明　者　ジョン・アンソニー・ タック 一リス（ＧＢ）［相］８３３３３８フ イギリス国イングランド、オックスフォード　シャー、
ファーリントン、オーチャード・ヒル、ビーチ命クロー
ズ１幡 手続補正書（帥） 昭和５９年１２月 １、事件の表示 昭和５９年特許願第　２３２２４６　号２発明の名称 被保護電極物品 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エレター・レーロールス・ビルディン
ゲス　７番、 ａ−ルスφハウス ５、補正命令の日付　：　自　発

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）保護材料の可撓性層によって保護されている連
   続的な金属電極を有して成り、 保護材料のｉＪ撓外性層、電極材料表面に接着しており
   、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、保護月利の少なくと
   も一部分は、該器具において保護飼料が接触する液によ
   って膨潤可能であることを特徴と４°る電極物品。 （２）電極材料は、保護月利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）保護材料の可撓性層によって保護されている感応
   性電極材料を有して成り、 保護材料の可撓性層は、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
   、保護材料の少なくとも一部分は、該器具において保護
   材料が接触する液によって膨潤可能であり、電極材料は
   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
   形されていることを特徴とする電極物品。 （４）保護材料は電極材料の表面に接着されている第３
   項記載の物品。 （５）保護材料は電極材料と一体になっているか、電極
   材料に接着されていない第３項記載の物品。 （６）該器具を組立て得る自動装置へ供給するのに適し
   た形状である第１〜５項のいずれかに記載の物品。 （７）複数の該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６項記載の物品。 （８）保護材料は架橋有機材料を含んで成る第１〜７項
   のいずれかに記載の物品。 （９）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つの付加的材料を
   有する第１〜８項のいずれかに記載の物品。 （１０）付加的飼料は、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９項記載の物品。 （１１）電極材料は反応性金属である第１〜１０項のい
   ずれかに記載の物品。 （１２）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１１項記載の物品。 （１３）反応性金属はリチウムである第１２項記載の物
   品。 （１４）電極飼料は、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１〜１３項のいずれ
   かに記載の物品。 （１５）電極材料の厚さは０．２５ｍｍより小さい、好
   ましくは０．１２５ｍｍより小さい第１−１４項のいず
   れかに記載の物品。 （１６）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材料に接触しながら、変形されてい
   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。 （１８）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）保護材料層へ浸透する電解液を有する第１８項
   記載の電気器具。 （２０）電気器具へ組込む０１ｊに、電極月利本体と保
   護飼料層とを一体に組立てることを特徴とする、第１−
   １６項のいずれかに記載の物品を製造する方法。 （２Ｉ）保護材料は、電極材料表面の少なくとも一部分
   に接着するように適用される第２０項記載の方法。 （２２）保護飼料は電極飼料表面に溶融押出される第２
   １項記載の方法。 （２３）保護材料は電極材料に圧縮ラミネートされる第
   ２１項記載の方法。 （２４）保護材料に接触しながら、その表面積か増加す
   るように、電極材料を変形する工程を含んで成る第２０
   〜２３項のいずれかに記載の方法。 （２５）電極セパレーターとしての機能か向上するよう
   に、電極材料に接触しながら保護材料を変形する工程を
   含んで成る第２０〜２４項のいずれかに記載の方法。 （２６）保護材料を架橋する工程を含んで成る第２０〜
   ２５項のいずれかに記載の方法。 （２７）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
   に器具へ物品の少なくとも一部分を組込むこきを特徴と
   する、第１〜ＩＳ項のいずれかに記載の物品を有して成
   る電気器具を製造する方法。 （２８）第２０〜２６項のいずれかに記載の方法によっ
   て該物品を製造することを含んで成る第２７項記載の方
   法。 （２９）物品は保護材料の上にある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４−る工
   程を含んで成る第２７項または第２８項に記載の方法。