JPS63252362A - 多層リチウム電池 - 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】 産呈上立■几立夏 本発明は、リチウム又はリチウム合金を負極活物質とす
る複数の負極板と複数の正極板とを交互に配置した多層
リチウム電池に関する。

の　　　び　且が　　しようとする− 近年、ｉ４！子機器の小型軽量化に伴い、これに付随す
る電源としての電池も円筒型、ボタン型、箱型、小判型
等の種々形状のものが開発されているが、これらの中で
箱型のものは電子機器内に占める体積占有効率が良いた
め、今後更に需要が広がっていくと考えられる。

従来１箱型の電池として、第９図に示すように、四角箱
型容器ａの内部に複数の四角正極板す及び四角負極板Ｃ
を交互に配置し、これら各正極板す及び負極板Ｃにそれ
ぞれリード線ｄを接続すると共に、各正極板すと負極板
Ｃとの間に電解質を介在させた多層構造のものが知られ
ている。なお、ｅはセパレータ、ｆは正極端子、ｇは負
極端子、ｈは蓋、ｉは液口栓である。

しかし、このような多層電池としてニッケル・カドミウ
ム電池、酸化銀・亜鉛蓄電池等は存在するものの、リチ
ウム合金を負極とするものは未だ例がない。これは、リ
チウム合金を負極活物質とする負極板が反り易く、また
硬化して割れ易いため、容器内に組み込むのが難しいこ
とが原因であると考えられる６ 即ち、リチウム合金を負極活物質とする負極板は、通常
リチウムと合金化することが可能な金属。

例えばアルミニウムからなる基板の一面側を電気化学的
方法等でリチウム合金化することにより作製されるが、
このような負極板は、第１０図に示すように基板金属層
ｊとリチウム合金層にとの熱収縮率の差によって反りが
生じ、このため正極板すと負極板Ｃとを重ねて容器ａ内
に挿入する場合、後述する第８図に示すように重ねた負
極板Ｃの端部相互間が広がってしまい、容器ａ内に入れ
にくくなると共に、無理に入れようとすると負極板Ｃが
破損するおそれがあった。

また、従来の多層電池は正極板及び負極板がばらばらで
あるため、これらを容器に挿入した時に正極板及び負極
板の配置にずれが生じ易く、シかも各電極板に個別にリ
ード線を接続する必要があるため、１１造工程が複雑に
なるものであった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、電池容器へ
の電極板の挿入を容易に行なうことができると共に、挿
入時に電極板の配置にずれが生じることがなく、しかも
各電極板に個別にリード線を接続する手間を省くことが
可能な多層リチウム電池を提供することを目的とする。

ロ　占を　　するための　　　び 即ち、本発明は上記目的を達成するため、リチウム又は
リチウム合金を負極活物質とする複数の負極板と複数の
正極板とを交互に配置した多層リチウム電池であって、
負極板及び正極板の少なくとも一方の電極板を電極板相
互間に挿入凹部を設けた状態で互に連結すると共に、上
記挿入凹部に他方の電極板を挿入したものである。

本発明の電池は、上述した構成としたことにより、電極
板の形状が構造的に安定しているため、電極板を電池容
器内に挿入し易いと共に、電極板相互のずれが生じ難い
。また、各電極板に個別にリード線を接続する必要がな
く、製造工程を簡略化し得る。更に、リチウム合金を負
極活物質とした電極板を連結した場合、この電極板の反
りを少なくすることができるものである。

次に、図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。

本発明においては、負極板及び正極板の少なくとも一方
の電極板を電極板相互間に挿入凹部を設けた状態で互に
連結する。

この場合、電極板の連結態様に特に制限はないが、例え
ば第１〜３図に示す構成とすることが好ましい、即ち、
第１図は複数の四角電極板１（図面においては３個）を
互に平行配置すると共に、これら電極板１の長さ方向一
端部同士を四角連結板２を介してそれぞれ一体に連結す
ることにより。

各電極板１相互間に挿入凹部３を形成した電極板連結体
、第２図は一対の電極板１，１が対向配置され、これら
電極板１，１相互間に挿入凹部３が形成された複数個（
図面においては３個）の断面略Ｕ字状電極体４を電極板
１外面同士を互に固着することにより連設した電極板連
結体、第３図は長尺の電極基板５を電極板１及び挿入凹
部３がそれぞれ形成されるように複数箇所（図面におい
ては５箇所）で折曲した電極板連結体である。なお。

これらの中では、第４図に示した一枚の電極基板５を折
り曲げて加工したものを用いることが特に好ましく、こ
れにより電極板１同士の溶接等による接続工程を省略で
き、工数を低減することが可能となる。なお、電極板の
挿入凹部は２〜４個形成することが好適である。

本発明においては、上記一方の電極の挿入凹部に他方の
電極板を挿入するものである。この場合。

第４図に示すように挿入凹部３に他方の電極板１′を非
連結状態で挿入してもよいが、例えば第５図に示すよう
に、他方の電極板１′を一方の電極板１と同様に連結し
、一方の連結板１相互間に形成された挿入凹部３に他方
の連結板１′を挿入すると共に、他方の連結板１′相互
間に形成された挿入四部３′に一方の連結板１を挿入す
ることが望ましく、これにより容器への挿入し易さをい
っそう向上させることができると共に、電極板相互のず
れを確実に防止し得、しかも両電極のいずれに対しても
各電極板に個別にリード線を接続する必要がなくなり、
製造工程が簡略化される。

なお、一方の電極板のみを連結する場合、リチウム又は
リチウム合金からなる負極板を連結することが好ましく
、これによって負極板の反りを防止し、容器への挿入を
容易にすることができる。

本発明において、負極板及び正極板の形状、大きさ等に
特に制限はなく、容器の形状等に応じて種々の形状、大
きさに形成することができるが、通常負極板の厚さは０
．１〜５■、特に０．２〜１■とすることが好適である
。また、挿入凹部の大きさにも限定はないが、電極板相
互の間隔を０．２〜２ｍとすることが好ましい。

本発明の電池は、負極及び正極を容器に挿入するもので
あるが、この場合容器としては通常の四角箱型容器のほ
か、コイン型容器などを使用することも可能である。な
お、電極板の連結体と容器とは例えば連結体を容器内壁
に接触させたりリード線を容器に接続することによりコ
ンタクトをとることが好ましく、これにより容器自体を
電極端子として構成することができる。

本発明の電池は、負極活物質としてリチウム又はリチウ
ム合金を用いるものである。この場合。

リチウム合金の種類に特に制限はなく、例えばリチウム
とアルミニウム、マグネシウム、インジウム、水銀、亜
鉛、カドミウム、鉛、ビスマス、錫、アンチモン等の１
種又は２種以上との合金などを好適に使用し得るが、特
にアルミニウム又はリチウムとの合金を用いることが負
極特性、成形性の点で好ましい。

本発明の電池の正極活物質としては通常の電池の正極活
物質で差支えなく、例えばＴｉＯ，、Ｃｒ、０．。

■２０６．Ｖ６０．．．ＭｎＯ２，ＣｕＯ，ＭｎＯ，、
Ｃｕ、Ｖ、Ｏ，。

等の金属酸化物、ＴｉＳ、、　ＦｓＳ　、ＣｕＣｏ５４
．Ｍｏ５３等の金属硫化物、更には陰イオンをドープす
ることのできるグラファイトやポリアニリン、ポリアセ
チレン、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリベンゼン、ポリピ
リジン、ポリチオフェンポリフラン、ポリピロール、ア
ントラセン、ナフタリン等及びこれらの誘導体の有機導
電性材料などが挙げられ、中でも、ポリアニリン等の有
機導電性高分子材料を正極活物質とすると、有機導電性
高分子材料が他の正極活物質に比し、軽量で可撓性に優
れ、成形加工が容易であるなどの点で特に軽量小型電池
の正極活物質として好ましく、とりわけポリアニリンは
、電気化学的重合法により金属、カーボン成形体等の基
体と密着性良く得ることができ、しかもこれら基体とポ
リアニリンの複合体をポリアニリンを正極、基体を正極
集電体、容器として電池にそのまま利用することができ
るなどから電池用正極活物質として好適に使用し得る。

また、正極基体の形態に特に制限はなく、例えば、繊維
、布、不織布、フィルム、板、粉末等の各種形態で使用
できる６例えば、正極活物質がグラファイトの場合には
、カーボン繊維、カーボンクロス、カーボン不織布、カ
ーボンペーパー、カーボンファイル、カーボンフオーム
、カーボン粉末等が使用し得る。

本発明の電池を構成する電解質としては以下に説明する
液体電解質及び固体型が質が使用し得る。

即ち、本発明の電池に使用する液体電解質としては、通
常イオン化合物を溶媒に溶解した電解質溶液が用いられ
、この電池に用いられる電解質溶液を構成するイオン化
合物としては、アニオンとリチウムイオンの組合せより
なる化合物であって、アニオンの例としてはＰ　Ｆ、−
、５ｂＦ６−、ＡｓＦ６−。

５ｂＣＱｓ−の如きＶＡ族元素のハロゲン化物アニオン
、ＢＦ４’″、ＡＱＣＱ、−、の如き■Ａ族元元素ハロ
ゲン化物アニオ？／、Ｉ−（Ｉ、−）、Ｂｒ−、（１−
の如きハロゲンアニオン、ｃ　ＱＯ４−の如き過塩素酸
アニオン、　ＨＦ２−、ＣＦ、Ｓ○、−，５ＣＮ−，５
０４−、Ｈ３Ｏ４−等を挙げることができる。これらア
ニオン及びリチウムイオンを有する化合物の具体例とし
ては。

ＬｉＰ　ＦＧ、　Ｌｉ５ｂＦｓ、　ＬｉＡｓＦ、、　Ｌ
ｉＣＱＯ，、ＬｉＩ　。

ＬｉＢｒ、　ＬｉＣ４，ＬｉＢＦ、、　ＬｉＡＡＣＱ４
．　ＬｉＨＦ、。

Ｌｉ５ＣＮ、　Ｌｉ５Ｏ，ＣＦａ等を挙げることができ
、これらに限定されるものではないが、電池の軽量化、
安定化の点からはリチウム塩、特にＬｉＣＱ０４ｔＬｉ
Ｂ　Ｆ９．　ＬｉＰ　Ｆ、、　ＬｉＩ　、　ＬｉＢｒ、
　ＬｉＣｎ等が好適に用いられる。

なお、電池の電解質溶液を構成する溶媒としては、特に
限定はされないが、比較的極性の大きい溶媒が好適に用
いられる。具体的には、プロピレンカーボネート、エチ
レンカーボネート、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラ
ン、２−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクト
ン、ジオキソラン、塩化メチレン、トリエチルフォスフ
ェート。

トリエチルフォスファイト、硫酸ジメチル、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフオ
キシド、ジオキサン、ジメトキシエタン、ポリエチレン
グリコール、スルフオラン。

ジクロロエタン、クロルベンゼン、ニトロベンゼンなど
の有機溶媒の１種又は２種以上の混合物を挙げることが
できる。

また、本発明の電池に使用する固体電解質としては、上
記電解質溶液を例えばポリエチレンオキサイド、ポリプ
ロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドのイソシ
アネート架橋体、エチレンオキサイドオリゴマーを側鎖
に持つホスファゼンポリマー等の重合体に含浸させた有
機固体電解質、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＢＣｊｌ、、Ｌｉ４Ｓｉ
ｎ、、Ｌｉ５Ｂ０３等のリチウムガラスなどの無機固体
電解質が挙げられる。

なお、本発明の電池に電解質を介在させるに際し、使用
する電解質が固体電解質の場合には、正負両極の接触が
生じるおそれはなく、正負両極間に直接固体電解質を介
在させることができるが、使用する電解質が液体電解質
の場合には、正負両極の接触が生じるおそれがあり、正
負両極間に両極の接触による電流の短絡を防ぐためにセ
パレータを介装することが好ましい。セパレータとして
は多孔質で電解液を通したり含んだりすることのできる
材料１例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピ
レンやポリエチレンなどの合成樹脂製の不織布、織布及
び網等を使用することができる。

又凱亘羞米 以上説明したように１本発明は、負極板及び正極板の少
なくとも一方の電極板を電極板相互間に挿入凹部を設け
た状態で互に連絡すると共に、上記挿入凹部に他方の電
極板を挿入したことにより、八− 電極板を容器内に挿入し易く、かつ電極板相互のずれが
生じ難と共に、各電極板に個別にリード線を接続する必
要がなく、従って製造工程を容易、簡略化し得るため、
多層リチウム電池の実用化を可能にするものである。

次に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発
明は下記実施例に限定されるものではない。

去］１１ 第５図に示した形状の負極及び正極を使用して電池を作
成した。なお、第５図における一方の電極板１を負極板
、他方の電極板１′を正極板とした。

この場合、長さ２５０ｍ＋、幅１８ｍｍ、厚さ０．２５
園のアルミニウム板を５カ所で折り曲げて第３図に示し
た形状にした後、各電極板１の内面に長さ５５閣、幅１
５鵬、厚さ０．２ｍのリチウム板を貼り、電解液中で加
圧して合金化することにより負極を作製した。なお、電
解液としてはプロピレンカーボネート中にｌｌ１ｏｌ／
Ｑの過塩素酸リチウムを溶解したものを使用し、プレス
圧は１００ｋｇ／−とした０作成した負極は合金部分の
厚みが０．３８１、全体の厚みが１．９ｍｍであり、第
６図に示すように上部に少しそりがみられた。

また、正極としてはポリアニリンを用い、このポリアニ
リン板をセパレータであるポリプロピレン製多孔質膜に
袋詰めにした。寸法はセパレータも含めて長さ１１６ｍ
、幅１８ｍａ＋、厚さ１．２ｍであり、これを２つ折り
にして第５図に示すように負極と組合せた。

次に、上記の組合せた負極及び正極を長さ６５ｍ１幅１
９ｆｆｌ、厚さ５ａｏの四角箱型ステンレス容器に負極
を容器内壁に接触させた状態で挿入したが、このとき容
易に挿入できると共に、電極板相互のずれが生じなかっ
た。

その後、負極の端子とステンレス容器とをスポット溶接
し、真空引きしてから容器内に電解液を注入すると共に
、上蓋端子と正極端子とをスポラ　゛ト溶接し、更に封
口部をレーザー溶接して第７図に示した構成の電池を作
製した。即ち、第７図において１１は箱型ステンレス容
器、１２は負極、１３は負極リード線、１４は正極、１
５は正極リード線、１６は電解液を含むポリプロピレン
製セパレータ、１７は絶縁体、１８はステンレス製上蓋
である。なお、上記作成作業は全てアルゴンガス不活性
雰囲気中で行なった。

朋絞且 負極板及び正極板をそれぞれ互に連結しない以外は上記
実施例と同様の構成の電池を作成した。

この場合、長さ６０閣、幅１８■、厚さ０．２５ｍのア
ルミニウム板の一面に長さ５５■、幅１５Ｉ、厚さ０．
２＋ｍのリチウム板を張り、実施例と同様の操作で合金
化することにより負極板を作製した。そして、第８図に
示すように、４枚の負極板２１と実施例と同様にセパレ
ータに袋詰めした２枚の正極板２２（長さ６０ｍ、幅１
８＋ｍ、厚さ１．２１）とを組み合わせた。

次いで、実施例と同様の容器１１に負極板２１及び正極
板２２を挿入しようとしたが、負極板２１の反りが大き
いため容器１１に入れるのは難しく、また一部が入って
も電極板が互に連結されていないので電極板相互にずれ
が生じ２結局挿入することが不可能であった。

上記結果より、本実施例の電池は、負極板相互間に正極
板挿入凹部を設けた状態で複数の負極板を互に連結し、
かつ正極板相互間に負極板挿入凹部を設けた状態で複数
の正極板を互に連結すると共に、上記正極板挿入凹部及
び負極板挿入凹部にそれぞれ正極板及び負極板を挿入し
たことにより、容器に電極板を容易に挿入できると共に
、電極板相互にずれが生じないものであることが認めら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明に用いる電極板連結
体を示す斜視図、第４図及び第５図はそれぞれ電極板連
結体の挿入凹部に他方の電極板を挿入した状態を示す側
面図、第６図はリチウム合金からなる電極板を連結した
状態を示す斜視図、第７図は本発明の一実施例を示す断
面図、第８図は負極板及び正極板を連結することなく組
み合わせた状態を示す斜視図、第９図は従来の箱型多層
電池を示す一部断面斜視図、第１０図はリチウム合金を
負極活物質とする電極板を示す斜視図である。 １．１′・・・電極板、３，３′・・・挿入凹部、５・
・・電極基板、・・他方の電極板。 出願人　　株式会社　ブリデストン 代理人　　弁理士　　小　島　隆　司 第５図 ＷｆＧ図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リチウム又はリチウム合金を負極活物質とする複数
   の負極板と複数の正極板とを交互に配置した多層リチウ
   ム電池であって、負極板及び正極板の少なくとも一方の
   電極板を電極板相互間に挿入凹部を設けた状態で互に連
   結すると共に、上記挿入凹部に他方の電極板を挿入した
   ことを特徴とする多層リチウム電池。 ２、電極板の連結体が一枚の電極基板を折り曲げて加工
   したものである特許請求の範囲第１項記載の多層リチウ
   ム電池。 ３、電極板の連結体が電池容器の内壁に接触した特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の多層リチウム電池。 ４、電極板の連結体が負極である特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれか１項に記載の多層リチウム電池。 ５、負極活物質がリチウム合金である特許請求の範囲第
   ４項記載の多層リチウム電池。 ６、リチウム合金がアルミニウムとリチウムとの合金で
   ある特許請求の範囲第５項記載の多層リチウム電池。 ７、正極活物質が導電性高分子物質である特許請求の範
   囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の多層リチウ
   ム電池。 ８、導電性高分子物質がポリアニリンである特許請求の
   範囲第７項記載の多層リチウム電池。