JPH01122574A - 円筒形リチウム二次電池 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、金属リチウムを活物質とする負極板と、正極
板との間にセパレータを介在させ、全体を渦巻状に巻回
して構成した電極体を有する円筒形リチウム二次電池に
関するものである。

従来の技術 一般に有機電解液リチウム電池は、高エネルギー密度で
長期信頼性に優れ、しかも作動温度範囲が広いなどの特
長がある。

２　　・＼−７ 近年、このような長所を生かしつつ再充電可能な、いわ
ゆるリチウム二次電池の開発が活発化してきている。

一般的にリチウム二次電池には、金属リチウムを主活物
質とする負極と、二硫化チタン（Ｔ　Ｉ　Ｓ２　）をは
じめとする各種の層間化合物などを正極活物質として用
い、炭酸プロピレンなどの有機溶媒に過塩素酸リチウム
などを溶解した有機電解液が用いられる。しかし、負極
の充放電サイクルの寿命が短いことなどで、現在まだ実
用化には至っていない。負極活物質としてのリチウムは
、充放電サイクルとともに変形してデンドライトを生じ
、それが内部短絡ブリッジを形成するなど困難を含んで
いる。特にリチウムのデンドライトは、電流密度の高い
所に集中して発生し、リチウム負極面から垂直に成長す
る性質のもので、充放電サイクルが進むにつれてデンド
ライトによる表面の不均一化は促進され、最終的には脱
落してしまう。このようにして負極から脱落しだリチウ
ムのデンドライトは、電解液中を浮遊するので、正極と
電気的３−・ 接触を持っている電池のケースやリード部分に接触する
危険性があり、もし接触すれば、いわゆる内部短絡を起
こして、電池としての機能は失われてしまう。また、デ
ンドライトが脱落しない丑でも、その成長が進み内部短
絡を起こす危険性は高い。

このような負極の欠点を改良するため、サイクル寿命と
いう観点から、電解液にデンドライトの発生を抑制する
添加剤を加える方法、あるいはリチウムとの合金を用い
る方法などの検討がなされ゛　ているものの、さらに信
頼性の向上、特に安全性という観点からの検討は遅れて
いるといえる。

すなわち、デンドライトが発生した場合、これを電解液
に浮遊させないことが重要である。そのためには、高信
頼性でかつエネルギー密度を極力低下させないようなセ
パレータの最適構成化を図らなければならない。しかし
ながら、従来のこの種電極体のセパレータ構成方法は、
次の２通りあり、各電極体の構成断面図を第３図および
第４図に示すように、既存のリチウム−次電池の構成方
法をそのまま採用したものである。

第１の方法は、第３図に示すごとくエキスパンデッドメ
タルやネットなどの芯材に二硫化チタンなどを活物質と
する合剤を充填乾燥した正極板１と金属リチウムを活物
質とする負極板２との間に帯状セパレータ３を介在させ
て全体を渦巻状に構成する方法である。

第２の方法は、第４図の如く正負極板１，２それぞれを
セパレータ３で包被して渦巻状に構成したものである。

発明が解決しようとする問題点 従来の構成では、まず第１の方法の場合、セパレータ３
の上下部が開口しているため、デンドライトの浮遊やブ
リッジによって内部短絡を起こす危険性が極めて犬であ
った。前記デンドライトの浮遊を避けるために、電極体
の上下両端面部に加熱板を接触させて、セパレータを溶
着する方法がある。しかし々からこの場合は、電極体端
部が凹凸状であるため、加熱状態が不均一となり易く、
部分的に溶着されない箇所あるいは電極の破損が６へ一
／ おこって内部短絡の防止にはいたらなかった。

まだ第２の方法で構成した場合は、渦巻状に巻回する際
に第５図の斜線部Ａにセパレータのシワが発生する。こ
のため電極体の外径が大きくなり、ケースへの挿入が困
難となる。従って、極板寸法を薄くあるいは短くして対
処しなければならず、放電容量を低下させるという問題
が生じる。まだ電解液が前記シワの部分に均一に浸透し
にくいため、充放電特性のバラツキを増大させるという
問題も有していた。

本発明はこのような問題点を解決するもので、安全性お
よび充放電特性の向上を目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 これらの問題点を解決するだめに本発明は、前記第１の
方法により構成した電極体の上下両端部を加熱して、電
熱体からはみ出ているセパレータ端部をその巻芯方向に
折曲および熱溶着することによって、前記電極体を構成
する極板の上下端面を被覆したものである。

６　・− 作　　用 この構成により、負極リチウムのデンドライトの発生に
伴う内部短絡および充放電特性の低下やバラツキという
問題を解消することとなる。

実施例 第１図は本発明の一実施例による円筒形リチウム二次電
池の断面図であり、以下これについて詳述する。

第１図において、正極板１は三二酸化クロム（Ｃｒ２０
６）を生活物質とする正極合剤をチタニウム製のエキス
パンデッドネットからなる芯材に充填し、乾燥したもの
である。４は芯材と同材質からなる正極リード板で芯材
にスポット溶接したものである。

負極板２は金属リチウムからなシ、その−側面に負極集
電体５が圧着されている。

セパレータ３はポリプロピレン、ポリエチレンまだはポ
リプロピレンとポリエチレンとの共重合体からなる不織
布、微孔膜シートを正負極１，２よりも幅の広い帯状に
裁断したものである。木実７　へ−ン 雄側ではポリプロピレン製の微孔膜シートを使用した。

次に、これらの正負極１，２間にセパレータ３を介在し
て全体を渦巻状に巻回して電極体を構成する。

そして電極体の上下部端面、すなわち正負極１゜２から
はみ出しだセパレータを熱風により加熱（加熱温度はセ
パレータの材質によって異なるが、本実施例の場合は１
４０〜１．８０　℃とした。）して、収縮、折曲、およ
び熱溶着させることによって、電極体上下部を被覆する
。これにより第２図に示す電極体の構成を完了する。

次に、前記電極体に下部絶縁板７を装着してケース８に
挿入し、上部絶縁板６の装着、さらにケース８Ｊ：部に
段部を形成させた後、電解液（本実施例では炭酸プロピ
レンと１，２−ジメトキシエタンとの混合溶媒に溶質と
して過塩素酸リチウムを１モル／ｌ溶解させたものを用
いた。）を注入する。そして封口板９を装着した後、ケ
ース８の開口端をカシメ封口することにより電池の組立
てを完了する。

表１は本発明品と前述した第３図及び第４図図示の従来
品１，２各１００個の充放電試験中における内部短絡に
よる電圧不良数および５ｏサイクル目の放電容量の最大
値、最小値および平均値をまとめたものである。この場
合の試験条件は、２゜℃においてｓｏｍＡの定電流で正
極の充填容量の約ｓｏ％にあたる６００ｍＡｈの深さで
充放電を繰シ返したものである。

表１ ９　へ−７ 第６図は本発明品と従来品１，２の内部短絡による電圧
不良の発生累計数と、充放電サイクル数との関係を示し
たものである。

又第７図は本発明品と従来品１，２を前記同一条件で充
放電試験したときの２００サイクル目の放電特性の一例
を示したものである。これらの結果からも明らかなよう
に、本発明品は安全性に関わる内部短絡の除去および充
放電特性の点で優れていることがわかる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、従来のように極板をあら
かじめ袋状セパレータで包被して渦巻状電極体を構成し
た場合に生じるセパレータのシワのために、電極体外径
が大きくなってケースへの挿入が困難となること、また
電解液の浸透が不均一となり充放電特性のバラツキが大
きくなるといったことがない。さらに電極体上下に突き
出ているセパレータの上下端面部を熱風加熱することに
よって、セパレータ端部は電極体上下の凹凸に添ってよ
く馴じむと同時に巻芯方向に折曲、および１ｏ・・−７ 熱溶着されて電極体の上下部を均一に被覆することがで
きるので、リチウムのデンドライトが脱落しにくく、し
かもデンドライトの脱落がおこった場合にも電解液中へ
の浮遊が阻止されるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による円筒形リチウム二次電
池の断面図、第２図は本発明の一実施例による渦巻状電
極体の構成を示す断面図、第３図及び第４図は従来の渦
巻状電極体の構成を示す断面図、第５図は従来のセパレ
ータ包被極板を巻回した場合のシワ発生部分を示す図、
第６図は充放電サイクル数と電圧不良の発生累計数との
関係を示す図、第７図は充放電試験における２００サイ
クル目の放電特性を示す図である。 １・・・・・・正極板、２・・・・・・負極板、３・・
・・・・セパレータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名気ヱ
廿 纒冥Δ）城 菌４く婁司 Ｉ−１：１１；口１（４Σ）　）Ｌｌ戯ヘヱ景ミ葛 １１鹸曖で ４４Δ〉＠饗衛区葛 ４刈く匈廊爺樅Ｉ口 Ｎ蛎Ｈ１’４αＨト為盆 Ｎ〜９寸随〈さ〜０＼ ｏ′）Ｃ’Ｊ　　　−− ｕつ 区 Ｃり 城

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　正極と負極とこれら両極板よりも幅の広い帯状のセパ
   レータを渦巻状に巻回して構成した電極体を備え、この
   電極体の上下に突出したセパレータの上下部端面を電極
   体の巻芯方向に折曲し、かつ熱溶着して前記正負極板を
   被覆したことを特徴とする円筒形リチウム二次電池。