JPS62501248A - 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】 巻回された電極構造をもつ電気化学セル本発明は電気化学セルに関する。特にそ れは、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また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。この 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または他の 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、マクヘンリー（Ｍｃ　Ｈｅｎｒｙ　）　による米国特許第 ５．５１０．３５３号およびゲーベル（Ｇｏｅｂｅｌ　）　による米国特許第４ 、０２０．２４８号明細書に開示のいわゆる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来電体電極は、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。このようにして形成された円筒状の電池積増体は 、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電される。

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、内部温度および内部抵抗が、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、電導性のフ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セル組立体 を提供することが望ましい。

本発明によれば、電気化学セルは、螺旋状に巻回される２つの電極構造体を有す る。電極構造体は絶縁シートにより分割される。一方の電極構造体は、電極物質 から開放される裸の境界部および裸の端部な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は、螺旋体の他の部材を超えて延伸し、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 トレートは、金属性のケースおよびカバーに電気的に接触しまたケースの円筒壁 にも接触する。

図面において、 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 ほどかれた纂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横断面で得られた斜視 図である。

第４図は、本発明による正極の集’ｔｉｔ電極構造体を示す横断面で得られた斜 視図である。

第５図は、本発明による負電極構造体を示す横町面で得られた斜視図である。

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を示す 横断面で得られた斜視図である。

本発明の種々の目的、利益および能力と一緒に本発明のより一層の理解を得るた めに、上記の図面と合わせて以下の説明および艙求の範囲を参照されたい。

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 ハウジングと円筒壁１２をもつ金属性のケース１１とを有し、はぼ平坦な底地１ ３にて一端部が密閉されている。ケース１１のもう一方の端部は、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。

ハウジングは、螺旋体１７の形態の電池積層配列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１８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あるフルオロカーボン物質などの適当な絶 縁物質から作られる。チューブは中空であり、例示のようにその壁に開口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 ために拡大されている。８ｇ１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ＩＬ電気的絶縁された状態に維持するためにこ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１８の回りに螺旋状に 巻回される。この絶縁物質は、厚さが０００５ないし０．０２０インチのガラス 繊維の多孔性のシートとすることができる。

正極の集ｔ′醒極構造体２０は、電気化学系の構成成分と不活性であるニッケル また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（８ｇ３図で分離して例示されている）は、約５０％の開口組織を有する メツシュ状の長方形状の細長いストリツプが好ましい。゛メツシュ”という言葉 は、複数の穴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ツドメタルヲ含むものとして使用される。００１０ 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０、　００３インチの厚さの標 準のステンレス鋼がサブストＶ−）２Ｂ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７１４ ０によって被株されることを示している。たとえばα０１０ないし００２０イン チの厚さの多孔性のカーボンブラックなど、棟々の触媒物質が知られ１いる。

本発明の一特徴として、サブストレート２３の両縁に溢う境昇郡２６Ａ、２（Ｓ Ｂ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、 サブストレート２３の一端部２８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１７０円周にほぼ等しい。

ここで、第５図を１照すると、０．００２インチの中実のニッケルまたはステン レス鋼とするこ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２９０両１１４１１は、たとえ ばリチウム合金などの適当な酸化性の負極活物質の被Ｍｉｄ　’５０で被覆され ている。各リチウム層３０は、１ｌｌＤＯ５ないし０．０１０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２２により分離されている負極の電極構造体および正極の集 電電極構造体の交互の層を包有する。集電体サブストレート２６０幅は負極のサ ブストレート２９および他の螺旋体のいずれの層の幅よりも広い。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ｌ−ＩＪツブ３１が、内部ｖＬ気低抵抗低下させるために、正極 のサブストレートの縁部な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、サブスト レート２９に接続され、他端部は端子１５に固定される。端子２３は電気化学セ ルの負端子として機能する。コネクタ３２は保強のためにチューブ１８の内側に 沿って延ひることもできる。

正極の′電流電極サブストレート２５の裸の縁部は負電極２１および絶縁シート ２２を超えて延伸する。＆脈沸は、ケース１１の底壁１３と物理的・電気的接触 を行い、上縁部１４は、カバーと物理的・電気的接触を行う。ケース１１は電解 液でほぼ満たされ、はぼ螺旋体１７を浸漬している。カバー１４の周囲は後にケ ースの壁１２へ溶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。

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２１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こ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。種々の正極物質のうちで有効なものは、液状 のオキシハロゲン化物、液状の非金属酸化物、液状の非金属ノ・ロゲン化物およ びこれらの混合物である。電解質が、その導を率を上げるために、溶媒中に溶解 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 ウム酸リチウムとすることができる。

上に説明した電気化学セルは、サブストレート２５の両級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２６の−巻きがケースの円筒壁を押圧する という事実により、各正極の電極構造体の全長に沿って均一な熱のひゆを与える 。このことは、内部のホットスポットの起こ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地抵抗による損失 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。

以上、本発明の好ましい実施例と考えられるものについて訝明したけれども、請 求の卸囲によって画成される本発明から逸脱することなく種々の変更および修正 が可能なことは半業者には明らかであろう。

国際調査報告

Claims (4)

【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ウーズと、この金属性のケースの 壁と接触する金属性のかバーと、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 る絶縁性の多孔性の一つのシートとを備え、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はカバーに電気的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前記壁と接触しており、 前記第１の電極構造体と前記端子との間の電気的な連絡を与えるための導電手段 と、 螺旋体をほぼ浸漬している電解液とを備える電気化学セル。
2. （２）前記螺旋体の中央に配置され、前記導電手段の一部がその内にあるチュー ブを備える請求の範囲第１項記載の電気化学セル。
3. （３）前記細長の第１の金属性のサブストレートは開口組織を有する請求の範囲 第１項記載の電気化学セル。
4. （４）前記第１の電極物質は多孔性のカーボンであり、第２の電極物質はリチウ ム金属であり、前記電解液は塩化チオニルに溶解されたテトラクロロアルミニウ ム酸リチウムである請求の範囲第１項記載の電気化学セル。