JP3406796B2 - 有機電解液電池 - Google Patents

有機電解液電池

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、渦巻き状電極を備
えた有機電解液電池に関し、さらに詳しくは、負極集電
板の材質を改良した上記有機電解液電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、非水電解液電池として、リチウム
やナトリウムなどのアルカリ金属を負極として用いる有
機電解液電池が、高電圧,高エネルギー密度および長期
信頼性の高い電池として注目されている。例えば、二酸
化マンガンMnO2 ,フッ化炭素(CF2 n などを正
極活物質とするリチウム一時電池が、カメラ,電卓,時
計等の電源や、メモリーのバックアップ電池として多用
されている。特に円筒形有機電解液電池では、カメラな
どの電源として、大電流への要求が高まっている。そこ
で、この種の電池では、大電流を取り出すために、シー
ト状の正極および負極をセパレーターを介して渦巻き状
に捲回した構造の電極群を使用し、電極の反応面積を増
大させている。
【0003】この場合、シート状電極の集電方法とし
て、正極側は、正極活物質自体の導電性が低いため、図
2に示したように、シート全体にわたってエキスパンデ
ッドメタルや、パンチドメタルといった金属集電体を配
置し、その一部から集電リードを介して、正極端子へ導
電接続をしている。
【0004】また、負極側では、リチウムなどのアルカ
リ金属を活物質として用いるので、それ自体の導電性が
高いため、シート全体に集電体を配置する必要がなく、
さらに、集電体の容積を極力減らして活物質量すなわち
負極電気容量を増加させるために、図3に示したよう
に、シート状負極の一部に、L字やI字などの形状をし
た金属薄板からなる負極集電板の一端を圧着し、さらに
他端を負極リードとして前記外装缶の内面に抵抗溶接を
行い、導電接続をしていた。従来、前記負極集電板の材
質としては、耐食性,導電性の点から純ニッケルの薄板
を使用していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例のように、負極集電板に純ニッケルの薄板を使
用した場合、つぎのような問題がある。通常、純ニッケ
ル薄板はビッカース硬度がHv180〜200程度であ
り、柔軟性の非常に高いアルカリ金属で構成された負極
活物質と比較すると、曲げの強度も高く、スプリング性
が強い。そのため負極集電板が圧着された負極板は曲げ
強度が一様でなく、シート状の正極および負極をセパレ
ーターを介して渦巻き状に捲回して電極群を構成する際
に、電極の巻きずれによる絶縁不良が発生するという問
題があった。
【0006】さらには、捲回後の電極群より突出した負
極集電板一端を樹脂製の絶縁板を介して電極群端面内方
向に折り曲げて、前記外装缶に挿入する際、負極集電板
が折り曲げにくく、外装缶への挿入不良や、集電板の変
形による前記外装缶との溶接不良が発生するという問題
があった。
【0007】また、従来、外装缶の材質として、加工
性,耐食性などの点からニッケルメッキ鋼板を使用して
いる。これに対し、負極集電板に使用している純ニッケ
ルはそれ自体の電気抵抗が低く、抵抗溶接が難しい。そ
のため、前記外装缶と負極集電板を抵抗溶接する際、溶
接強度が不安定になり、溶接不良の発生による電池内部
抵抗のバラツキの増大、さらに、これに起因した性能不
良の発生という問題があった。
【0008】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、その目的は、上記問題点、すなわち電極の
巻きずれによる絶縁不良、集電板と外装缶との抵抗溶接
不良等を解決し、電池性能のバラツキが小さく信頼性の
高い有機電解液電池を提供し、さらには電池組立の作業
効率を向上するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、有機電解液電池において負極集電板に改
良を加えたものであって、シート状正極板とアルカリ金
属もしくはその合金からなるシート状負極板をセパレー
タを介して捲回した渦巻き状電極群を有する有機電解液
電池において、前記負極板と負極端子を兼ねた外装缶と
を電気的に接続する負極集電板が表面にニッケル層を有
するビッカース硬度Hv120以下の鋼板であることを
特徴とする。
【0010】本発明の有機電解液電池は、負極集電板と
してビッカース硬度Hv120以下の鋼板を使用してい
るので、負極集電板が圧着された負極板は従来より柔軟
性が向上する。したがって、電池組立時の巻きずれを防
止し、負極リードの折り曲げも良好になるため、作業効
率が向上する。また、負極集電板の材質が外装缶の材質
と同様になるので、負極リードと外装缶底面との抵抗溶
接の強度のバラツキを抑え、溶接不良がなくなる。さら
に、負極集電板の表面にはニッケル層を有するので、負
極活物質であるアルカリ金属との接触抵抗やリード自体
の導電抵抗も低く抑えられ、電池性能のバラツキも抑え
ることができる。さらにまた、表面にニッケル層を有す
る鋼板は、従来の純ニッケルに比べて安価なため、電池
の低コスト化も図れる。
【0011】本発明の有機電解液電池の正極としては、
例えば活物質である二酸化マンガン,フッ化炭素など
を、正極集電体であるエキスパンデッドメタル,パンチ
ドメタルの板表面に塗着したものなどが挙げられる。負
極としては、金属リチウム箔,ナトリウム箔,リチウム
アルミ合金箔、などが挙げられる。
【0012】また、本発明において用い得る電解液とし
ては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、
スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタ
ン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、
テトラヒドロフラン,2−メチルテトラヒドロフラン、
炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよびエチルメチルカーボ
ネート、メチルプロピオネートの群から選ばれた少なく
とも1種からなる有機溶媒(非水溶媒)に、過塩素酸リ
チウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(L
iPF6 )、ホウフッ化リチウム(LiBF4 )、六フ
ッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタ
ンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、トリフル
オロメタンスルホン酸リチウムのイミド塩(LiN(C
3 SO3 2 )などのリチウム塩(電解質)を0.3
〜1.5mol/l程度溶解させた有機電解液が一般に
挙げられる。なお、前記非水電解液の代わりにイオン導
電性の固体電解質、例えば、高分子化合物に、リチウム
塩を複合させた高分子固体電解質などを用いることがで
きる。また、負極集電板の材質としては、表面にニッケ
ル層を有すればよく、例えば、ニッケルメッキ鋼板や、
ニッケルクラッド鋼板などが用い得る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。 (実施例)図1は本発明の一実施例に係わる有機電解液
電池(CR123A)の要部構成を示す断面図である。
正極活物質としてMnO2 を90重量部と、導電剤とし
て黒鉛粉末を5重量部と、バインダーとしてPTFE水
性ディスパージョン5重量部(固形分)とを混練して正
極合剤とし、これをステンレス製のエキスパンデットメ
タルへ塗着した後に、乾燥・圧延し、所定の形状に裁断
し、再度乾燥しシート状正極板4とした。
【0014】また、負極活物質であるリチウムアルミニ
ウム合金(アルミニウム0.1重量%含有)箔を所定の
寸法に裁断し、その一部に、アニール処理を行い硬度を
Hv120とし表面にニッケル層を有する略L字状の鋼
板からなる負極集電板7の一端を圧着し、シート状負極
板6とした。なお、ここで使用した鋼板は、厚さ0.0
7mm、メッキ厚さ3〜6μmのニッケルメッキ鋼板を
温度700℃で10分間焼鈍したものである。焼鈍条件
としては、500〜900℃の温度で、0.5分〜36
時間の範囲であれば同様の効果が得られる。この範囲以
下の温度であると良好な焼鈍ができず、この範囲以上の
温度であるとニッケルが鉄中に拡散して純ニッケル層で
なくなるため導電抵抗および負極活物質であるアルカリ
金属との接触抵抗が増大してしまう。
【0015】次に、前記シート状正極板4とシート状負
極板6をポリプロピレン製のマイクロポーラスフィルム
からなるセパレーター12を介して、渦巻き状に捲回
し、電極群3とした。この電極群3の巻き中心軸に垂直
方向の端面より突出した負極集電板7の端部を電極群3
端面に平行に配置した樹脂製の絶縁板8を介して前記電
極群3端面内方向に折り曲げ、負極端子を兼ねた外装缶
1の開口端より前記電極群3の負極集電板側端面を先頭
にして挿入し、前記外装缶1内底面と前記負極集電板7
端部とを、同図中9の部分で抵抗溶接を行った。以上の
ようにして、電極群3を外装缶1に収納した後、プロピ
レンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンの等容積
の混合溶媒にトリフルオロメタンスルホン酸リチウム
(LiCF3SO3 )を1mol/l溶解した有機電解
液を所定量注液し、封口体2を外装缶1の開口端でカシ
メ固定し、図1に示す有機電解液電池を得た。
【0016】(比較例1)負極集電板7の材質を、硬度
Hv200の純ニッケルとした以外は、実施例1と同様
な構成の有機電解液電池を作製し、比較例1とした。
【0017】(比較例2)負極集電板7の材質を、焼鈍
処理を行った硬度Hv120の純ニッケルとした以外
は、実施例と同様な構成の有機電解液電池を作製し、比
較例2とした。
【0018】(比較例3)負極集電板7の材質を、焼鈍
処理を行わない硬度Hv200の冷間圧延ニッケルメッ
キ鋼板とした以外は、実施例と同様な構成の有機電解液
電池を作製し、比較例2とした。
【0019】(比較例4)負極集電板7の材質を、焼鈍
処理を行わない硬度Hv150の冷間圧延ニッケルメッ
キ鋼板とした以外は、実施例と同様な構成の有機電解液
電池を作製し、比較例4とした。
【0020】以上の電池をそれぞれ1000個づつ作製
し、巻きずれ絶縁不良、および集電板7の折り曲げ不足
による外装缶1への挿入不良、さらに、作製した電池の
内部抵抗について調査した。結果を表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】表1から判るように、硬度Hvが120以
上のもの(比較例1、3、4)は電池組立の際に、負極
集電板の硬度が高く加工性が悪いために、巻きずれ絶縁
不良や外装缶への挿入不良が発生した。また、純ニッケ
ルを使用した場合、(比較例1,2)は、負極集電板と
外装缶との溶接性が劣るために内部抵抗のバラツキが非
常に大きくなっていた。内部抵抗の平均値は、純ニッケ
ルおよびニッケルメッキ鋼板どちらを使用した場合でも
同等であった。これは、ニッケルメッキ鋼板の基材であ
る鉄は、ニッケルに対し導電率は若干低い値であるが、
表面にニッケル層を有しており、電流はおもに表面層を
通過するため基材の影響は発生していないと考えられ
る。
【0023】本発明の実施例において、負極集電板に用
いるニッケル層を有する鋼板のニッケル層を含めた厚さ
は、0.03〜0.3mmの範囲であれば同様の効果が
得られ、0.03mm以下であると曲げ強度が低下し折
り曲げ性は向上するものの、溶接強度が低下してしま
う。また、0.3mm以上であると集電板自体の体積の
増加により電池の容積効率の低下や曲げ強度の上昇によ
る端子部折り曲げの作業性が低下する。
【0024】さらに、ニッケル層の厚さとしては、最小
で0.5μm、最大でも基材となる鋼板の厚さの20%
が好ましく、この範囲以下であると電気導電性が低下す
るとともに表面の耐食性が著しく低下し、また、この範
囲以上であるとニッケル層の強度が増大し、アニール処
理を行った場合でも全体の硬度がHv120以上となっ
てしまい、本発明の効果が得られなくなってしまう。
【0025】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろ
の変形を採り得る。また、正極および、負極の構成成分
やセパレーターの構成成分を、既に知られている正極,
負極,セパレーターなどに変更した構成を採っても、同
様の作用・効果が得られる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機電解
液電池では、負極集電板の加工性が向上するため電極群
を構成する際、巻きずれによる絶縁不良がなくなり、さ
らには、外装缶との溶接性が向上するため、作業効率,
生産性が向上するとともに、性能不良が発生することも
なく信頼性が高くなる。したがって本発明の有機電解液
電池は、携帯型電子機器類の高信頼性化に対応した電源
として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る有機電解液電池の要部
縦断面図。
【図2】従来例および本発明例の有機電解液電池のシー
ト状正極板の平面図。
【図3】従来例および本発明例の有機電解液電池のシー
ト状負極板の平面図。
【符号の説明】
1…外装缶、2…封口体、3…電極群、4…シート状正
極板、5…正極リード、6…シート状負極板、7…負極
集電板、8…絶縁板、9…抵抗溶接部、10…負極端
子、11…正極端子、12…セパレーター、13…正極
集電体、14…正極活物質、15…負極活物質。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/26 H01M 4/66 H01M 6/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状正極板とアルカリ金属もしくは
    その合金からなるシート状負極板をセパレータを介して
    捲回した渦巻き状電極群を有する有機電解液電池におい
    て、前記負極板と負極端子を兼ねた外装缶とを電気的に
    接続する負極集電板が表面にニッケル層を有するビッカ
    ース硬度Hv120以下の鋼板であることを特徴とする
    有機電解液電池。
  2. 【請求項2】 表面にニッケル層を有するビッカース硬
    度Hv120以下の鋼板が焼鈍処理をしたものである請
    求項1記載の有機電解液電池。
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