JPS61230274A - 巻回された電極構造をもつ電気化学セル - 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】 〔発明の背景〕 本発明は電気化学セルに関し特に巻回された電極構造を
有する電気化学セルに関する。

従来の固体状の正極物質とは反対に可溶性又は液体状の
正極物質を用いる一次の電気化学セルのうちで特に有用
な部類のものが最近急速に発展してきた。との種の電気
化学セルでは、正極活物質は、伝導性を与える電解質を
溶解する液体状の溶媒であるのが普通である。電気化学
セルの負極活物質はリチウム又は他の高い陽性の金属で
ある場合が多い。放電期間中、溶媒は正極の集電体で電
気化学的に還元される。

円筒形状であるこの種のタイプの電気化学セルにおいて
、広範に使用されてきた電極構造体の一つは、ｉクヘン
リー（Ｍ　ｃ■・ｎｒｙ）　　による米国特許第４５１
Ｑ３５５号およびゴエベル（Ｇｏ＠ｂｅｌ）による米国
特許第４．０２　Ｇ、　２４８号明細書に開示の巻回電
極タイプの電極組立体である。この種の電極構成では、
負電極および正極の集電体電極は、中間の絶縁物質によ
り分割された負電極および正　　　極の集電体電極を交
互に与えるために、螺旋状に巻回される細長い構造であ
る。とのようにして形成された円筒状の電池積層体は、
複数の電極と複数の外部の端子と、の間に設けられる適
当な複数の電気的接続手段と一緒に、円筒ケースのハウ
ジング内に配置される。

このような電極が巻回された電池積層配列をもつ電気化
学セルは特に、高放電状態下で動作する場合に種々の問
題を与える。種々の部位のそれぞれの電極から外部端子
への電流の通路が様々であり、それゆえ、内部抵抗およ
び温度が、電池積層体全体で均等でないのである。

電池積層体を絶縁ワッシャおよび締付リングを用いて所
定の位置に保持される構造が提案された。

ある配列は、電導性の７ランジ間に巻回される電極螺旋
体が必要とされる。

以上の構成は、多数の組立工程および部品を必要とする
。これらの従来の構成と少なくとも同程度に電気的およ
び機械的に堅牢かつより経済的な巻回電極セル組立体を
提供することが望ましい。

〔発明の概要〕

本発明によれば、電気的なセルは、螺旋状に巻回される
２つの電極構造体を有する。電極構造体は複数の多孔性
の絶縁シートにより分割される。

−万の電極構造体は、電極物質から開放される裸の境界
部および裸の端部をもつ金属性のサブストレートをもつ
。サブストレートの裸の境界部および多孔性の絶縁シー
トは、螺旋体の他方の電極構造体を超えて延伸し、サブ
ストレートの裸の端部は、螺旋体の外側に配置される。

螺旋体は、円筒状の金属性のケース内に、このケースと
接触する金属性のカバーと一緒に装着される。

サブストレートおよび多孔性の絶縁シートは、金属性の
ケースおよびカバーに接触する。サブストレートはケー
スの円筒壁にも接触する。

同時係属出願中のＰ　ＣＴ／Ｕ　８８５　／　Ｏ２５６
２号明細書では、正極の集電体電極は複数の穴を担持す
る金属性のサブストレートをもつ電気化学セルを開示す
る。この金属性のサブストレートは、多孔性カーボンな
どの電極物質の層を支持する。サブストレートの両縁部
および一方の端部は電極物質から開放されている。サブ
ストレートの裸の端部は、螺旋体の外側にある。サブス
トレートは螺旋体の他の部材よりも大きいので、螺旋体
が容器に挿入された時、サブストレートは容器の内側の
全面と接触を行う。この螺旋体は電解液にほぼ浸漬され
る。

以上の構成はサブストレートの両縁部がケースの底部お
よびカバーに当接しまたサブストレートの−巻きがケー
スの円筒壁を押圧するという事実によシ、各正極電極構
造体の全長に沿って均一な熱のひけを与える点で、従来
技術の大きな進歩といえる。このととは、内部のホット
スポットの起ζり得る可能性を減すると考えられる。こ
の構成はまた、短くまた均等の電流の電導路を与えまた
内部抵抗による損失は電池積層体全体で同様である。正
極の集電体から負極活物質までの距離は、電池積層体全
体で同様である。

種々の事情において、電気化学セルは程々の配置方向又
は無重力環境にて動作することが要求される。電極部材
は、との種の様々な条件の下でも、電解液と常に確実に
接触していることが望まれる。

〔好ましめ実施例の詳細な説明〕　□ 第１図は本発明による電気化学セル１０を例示している
。電気化学セルは中空のハクジングと円筒壁１２をもつ
金属性のケース１１とを有し、はぼ平坦な底部１３にて
一端部が密閉されている。

ケース１１のもう−１の端部は１円筒壁１２と接触下に
封止される金属性のカバー１４によって密閉される。金
属性の端子１５が、カバー１４の中央部にて気密の絶縁
封止部材１６を通って延伸している。

ハクジングは、螺旋体１７の形態の電池積層体をもつ電
気化学系を包有する。螺旋体１７は、中央のチューブ１
８に巻回される電極構造組立体をもつ。チューブは電気
化学系の構成成分と不活性でらるフルオロカーボン樹脂
などの適当な絶縁物質から作られる。チューブは中空で
あり、例示のようにその際に開口１９を含むこともでき
る。

螺旋体１７は、第２図で一部解いて例示されている。す
べての図において、螺旋体１７の種々の層の厚さは、螺
旋体の構成を明示するために拡大されて−る。

第１の電極構造体２０．詳細には正極の集電構造体およ
び第２の電極構造体２１、詳細には負極の電極構造体が
、互いに物理的に分離されまた電気的に絶縁された状態
に維持するためにとれらを仕切る中間の多孔性の絶縁物
質の細長いシート２２と一緒に中央のチューブ１Ｂの回
妙に螺線状に巻回される。この絶縁物質は、厚さがα０
０５ないしＣＬ０２０　インチのガラス繊維の多孔性の
シートとすることもできる。正極集電構造体２０は、電
気化学系の構成成分と不活性であるニッケル又はステン
レス鋼などの金属性のサブストレート２３を有する。サ
ブストレート２３（第３図で分離して例示されている）
は、約５０チの開口組織を有するメツシュ状の長男形状
のストリップが好ましいＯ“メツシュ１という言葉は、
複数の大２４を担持する金属性シートのどのようなもの
をもまた多孔性シート、綱篩およびエキスパンデッドメ
タルを含むものとして使用される。１０１インチ幅、　
　のストランドと平方インチあたり１２５個のダイヤモ
ンド形の開口をもつ格子となるよう切れ目を入れられて
伸長されたα００３インチの厚さの標準のステンレス鋼
がサブストレート２３用として満足すべき材料であるこ
とが判明した。

第４図は、正極の集電電極構造体２０の断面図であり、
サブストレート２３０両側は、電気化学系の液状の正極
物質を還元するのに適当な触媒物質の多孔性の層４０に
よって被覆嘔れることを示している。たとえば［ＬＯｌ
ｏないしく１０２０インチの厚さの多孔性のカーボンブ
ラックなど、種々の触媒物質が知られている◎ サブストレート２３０両縁に沿う境界部２６人、２６］
３は裸であり触媒物質から開放されている。

さらに、第２図に示されるように、サブストレー）２３
の一端部２ａも裸であり触媒物質から開放されている。

裸の端部２８の長さは螺旋体１７の円周にほぼ等しい。

ここで、第５図を参照すると、（１００２インチの中実
のニッケル又はステンレス鋼とするととのできる細長い
金属性のサブストレート２９を有する負極の電極構造体
２１が図示されている。サブストレート２９の両側は、
たとえばリテクム合金などの適当な酸化性の負極活物質
の幅広の層５０で被覆されている。各リチウム層３０は
、　１００５ないしα０１０インチの厚さとすることが
できる。

第６図および第２図から明らかなように、最終的な螺旋
体１７（電池積層体）は、多孔性の絶縁物質のシート２
２によシ分離されている負極の電極構造体訃よび正極の
集電電極構造体の交互の層を包有する。多孔性絶縁物質
のシート２２および集電体サブストレート２３の幅は負
極のサブストレート２９の幅よりも広い。螺旋体１７は
、正極のサブストレートの裸の端部が螺旋体の外側にあ
るよう巻回される。１以上の金属性のストリップ５１が
、内部電気抵抗を低下させるために、正極のサブストレ
ートの縁部を半径方向に横切って配置することもできる
。

第１図に戻って、電気的なコネクタ３２がカバー１４の
中央の端部で負極構造体２１と金属性の端子１５とを結
合している。コネクタ３２の一端部は、テプストレー）
２９Ｖｃ接続され、他端部は端子１５に固定される。端
子２５は電気化学セルの負端子として機能する。コネク
タ３２は保護の九めにチューブ１８の内側に沿って延び
ることもできる。

多孔性絶縁物質のシート２２の縁部および正極の電流電
極サブストレート２３の裸の縁部は負電極２１ｉＰよび
絶縁シート２２を超えて延伸する。

正極の電流電極サブストレート２３の底縁部は、ケース
１１の底壁１３と物理的・電気的接触を行い、上縁部は
、カバー↑４と物理的・電気的接触を行う。多孔性絶縁
物質のシート２２の縁部は、１１ｍ１Ｓおよびカバー１
４と物理的な接触を行う。

ケース１１は電解液でほぼ満九され、＃１ぼ巻装体１７
を浸漬している。カバー１４の周囲は後にケースの壁１
２へ浴接されるかもしくは気密封止される。正極サブス
トレートのむき出しの裸の端部は壁１２の内側と接触を
行う。

複数のシート２２の端部の少なくとも一部は常に電解液
に浸漬される。シート２２は、電極構造体の表面が電気
化学セルの配置方向によらず電解液で完全に濡れている
よう灯心として振舞う。

蓋１４およびケース１１は、頂部と底部の両方で正極の
集電電極構造体１０を保持せしめる。負極電極構造体２
１は、正極の集電電極構造体２０との摩擦によってケー
スおよびカバーと離隔して吊り下げられる。

リチウム以外でこの種の電気化学セルに用いるととので
きる酸化性物質は、リチウム以外のアルカリ金属および
アルカリ土類金属が含まれる。電解液は、液状の正極物
質を還元できる溶媒を含む。

撫々の正極物質のうちで有効なものは、液状のオ　　゛
中ジハロゲン化物、液状の非金属酸化物、液状の非金属
ハロゲン化物およびとれらの混合物である０電解質が、
その導電率を上げるために、溶媒中に濯解される。詳し
くいえば、溶媒は塩化チオニルまた電解質はテトラクロ
ロアルミニクム酸すテクムとすることもできる。

以上によって、３個の電気化学セルが組み立てられた。

各電気化学セルは、垂直（カバー１４を上）又は水平（
カバー１４を左右）又は逆さま（カバー１４を下）とい
う種々の配置方向で試験が行われた。負荷を横切る出力
電圧は、３′）の電気化学セルの各々について、ある時
間にわたって測定された。七の結果はほとんど同等であ
り、電気化学セルの効率は、配置方向により大きな影響
を受けないことを示していた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電気化学セルの部分断面図であ
る。第２図は、電極構造体が部分的にチューブに巻回さ
れた様子を示すよう一部解きほどかれた第１図の電気化
学セルの電池積層体の斜視図である。第３図は、正極の
集電電極構造体のサブストレートを示す斜視図である。 第４図は、本発明による正極の集電電極構造体の斜視図
でおる。 第５図は、本発明による負電極構造体の斜視図である。 第６図は正極の集電電極構造体および負電極構造体を備
える電極組立体の斜視図である。 図中の各番号が示す名称を以下に挙げる。なお、同一番
号は同一部位を示すものとする。　　　。 １０：電気化学セル １１：ケース １２：円筒壁 １３：底部 １４：カバー １５：端子 １６：絶縁封止部材 １７　：＠旋体 １８：チューブ １９：開口 ２０：正極の集電電極構造体 ２１：負電極構造体 ２２：多孔性の絶縁シート ２３：サブストレート ２４：穴 ２６Ａ１２６Ｂ：境界部 ２８：端部 ２９：（負極の）サブストレート ３０：層（負極活物質の） ３１ニストリツプ ５２：コネクタ Ｆ”Ｌｑ　ｉ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状の壁と平坦な底部をもつ金属性のケースと
   、 この金属性のケースの壁と接触する金属性のカバーと、 このカバーの中央部を延伸し、カバーから電気的に絶縁
   されている端子と、 長手軸線方向に沿って延伸する主縁部および従縁部と主
   端部および従端部を有する細長い第１の金属性のサブス
   トレートを備える第１の電極構造体と、 第１のサブストレートの主縁部および従縁部近傍の裸の
   境界部と主端部から延伸する裸の端部とを除き、第１の
   サブストレートの両側部を被覆する第１の電極物質と、 第２の電極物質によりほぼ被覆される細長い金属性の第
   ２のサブストレートを備える第２の電極構造体と、 第１の電極構造体と第２の電極構造体との間に挿入され
   る絶縁性の多孔性物質の複数のシートとを備え、 第１の電極構造体、絶縁性の多孔性のシートおよび第２
   の電極構造体は、螺旋状に第１のサブストレートの裸の
   端部と一緒にその螺旋体の外側へ巻回され、 第１のサブストレートおよび絶縁物質の多孔性のシート
   は、第２のサブストレートよりも大きな幅をもち、 螺旋体は、第１のサブストレートの一方の縁部および多
   孔性の絶縁物質の各シートの一方の縁部は平坦な底部に
   また第１のサブストレートの他方の縁部および多孔性の
   絶縁物質の各シートの他方の端部はカバーに接触してケ
   ース内に配列され、第１のサブストレートの裸の端部は
   、第１の電極構造体と端子との間の電気的な連絡を与え
   るための壁伝達手段と接触し、 電解液がほぼ螺旋体を浸漬している電気化学セル。