JPH04137364A - 無機非水電解液電池 - Google Patents

無機非水電解液電池

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JPH04137364A
JPH04137364A JP25925490A JP25925490A JPH04137364A JP H04137364 A JPH04137364 A JP H04137364A JP 25925490 A JP25925490 A JP 25925490A JP 25925490 A JP25925490 A JP 25925490A JP H04137364 A JPH04137364 A JP H04137364A
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Takeya Kazehara
風原 健也
Kazuo Ishida
和雄 石田
Osamu Watanabe
修 渡辺
Hiroshi Sasama
笹間 拓
Kaoru Hisatomi
久富 薫
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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〕 本発明はリチウム規制の無機非水電解液電池に関する。
さらに詳しくは、本発明は電池の寿命が終わる前に放電
末期の検知が可能なリチウム規制の無機非水電解液電池
に関する。
〔従来の技術〕
リチウムを負極活物質とし、塩化チオニルなどのオキシ
ハロゲン化物を正極活物質および電解液の溶媒とする無
機非水電解液電池は、たとえば第5図に示すように、負
極(1)は有底円筒状の電池ケース(2)の内周面に圧
着した円筒状のリチウムがらなり、正極(3)は円柱状
の炭素多孔質成形体からなり、これら負極(1)と正極
(3)との間には円筒状のセパレータ(4)が配置し、
正極活物質のオキシハロゲン化物が電解液の溶媒を兼ね
ている関係で、多量の電解液(5)が電池内に注入され
ている(たとえば、「高性能電池の最新技術マニュアル
」、(株)総合技術センター発行、p129)。
そして、この無機非水電解液電池は、エネルギ−密度が
高く、低温でも作動するなど、優れた特性を有している
(発明が解決しようとする課題〕 しかし、上記無機非水電解液電池は、放電が不均一反応
で進行し、特にリチウム規制の電池では、放電末期まで
内部抵抗に変化が認められないため、放電特性は第6図
に示すように放電末期まで平坦であり、リチウムがなく
なると急激に電池電圧が低下して、電池の寿命が終わる
そのため、この電池では、電池の寿命が終わる前に放電
末期を知ることができず、その結果、適切な時期に電池
交換を行なうことがむつかしいという問題がある。
したがって、本発明は、上記従来の無機非水電解液電池
の問題点を解決し、電池の寿命が終わる前に放電末期を
検知できる無機非水電解液電池を提供することを目的と
する。
CtJIMを解決するための手段〕 本発明は、上記リチウム規制の無機非水電解液電池にお
いて、電池ケースの底部にリチウムより貴な電位で放電
可能な第2負極活物質を配置することによって、上記目
的を達成したものである。
すなわち、リチウムが存在する間は、第2負極活物質の
方がリチウムより貴な電位を有するので、第2負極活物
質の放電反応は起こらず、リチウムの放電反応のみが進
行して、平坦な放電特性を示す。
しかし、リチウムがなくなると、第2負極活物質が正極
活物質のオキシハロゲン化物と反応して、リチウムと異
なる電圧で放電し、いわゆる二段放電になる。
そこで、その電圧変化によって、電池の寿命が終わる前
に放電末期を検知することができるようになる。
上記の第2負極活物質は、リチウムより貴な電位で放電
可能なものであることが必要であり、そのような第2負
極活物質の具体例としては、たとえば、ナトリウム、カ
リウムなどのリチウム以外のアルカリ金属、マグネシウ
ム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、リチウム−ナ
トリウム、リチウム−カリウム、リチウム−マグネシウ
ム、リチウム−カルシウムなどのリチウム合金などが挙
げられる。
本発明において、電池の放電電気量をリチウム規制にし
ているのは、リチウムの放電終了後に正極活物質が存在
していなければ、第2負極活物質と正極活物質との放電
反応を起こさせることができず、したがって放電末期の
検知ができないからである。
また、第2負極活物質を電池ケースの底部に配置するの
は、次の理由によるものである。
本発明の電池では、塩化チオニルなどの常温で液体のオ
キシハロゲン化物が正極活物質および電解液の溶媒を兼
ねている。
そのため、電池の放電反応が進行すると、オキシハロゲ
ン化物が消費され、その結果として電解液量が減少し、
リチウムの放電が終了する頃には、電解液は電池ケース
の底部近傍にしか存在し得なくなる。
そのため、第2負極活物質を電池ケースの底部に配置し
ていると、第2負極活物質が電解液と接触してイオン化
し、放電反応を起こして、二段放電を生じ、電池の寿命
が終わる前に放電末期を検知することができるが、第2
負極活物質が電池ケースの底部から遠ざかったところに
配置されていると、第2負極活物質が電解液と接触する
ことができず、第2負極活物質がイオン化して放電反応
を起こすことができなくなり、二段放電が生じなくなっ
て、電池の寿命が終わる前に放電末期を検知することが
できなくなる。
本発明の電池において、正極活物質としては、たとえば
、塩化チオニル、塩化スルフリル、塩化ホスホリルなど
の常温で液体のオキシハロゲン化物が用いられる。これ
らオキシハロゲン化物は正極活物質であるとともに電解
液の溶媒として用いられ、電解液はこれらのオキシハロ
ゲン化物に、L i A I C14、L i A I
 B r a 、L i G a CI a、LiB、
。CI、。などの支持電解質を溶解させることによって
調製される。なお、電解液の調製にあたって、L iA
 I CI nなどの支持電解質はLiClとAlCl
3をオキシハロゲン化物に添加して電解液中でLiAl
Cl4の形で存在(ただし、イオン化してLi+イオン
とAlC1,−イオンで存在)するようにしてもよい。
つぎに、本発明の無機非水電解液電池の構成の一例を第
1図に参照しつつ説明する。
図中、(1)は負極であり、この負極(1)はリチウム
シートをステンレス鋼製で有底円筒状の電池ケース(2
)の内周面に圧着することによって形成された円筒状の
リチウムからなる。(3)は正極であり、この正極(3
)は、たとえば、アセチレンブラックに結着剤としてポ
リテトラフルオロエチレンを少量添加した炭素を主構成
材料とする円柱状の炭素多孔質成形体からなり、前記負
極(1)とはセパレータ(4)を介して電池ケース(2
)の中央部に配置されている。
セパレータ(4)はガラス繊維不織布からなり、円筒状
をしていて、前記円筒状の負極(1)と円柱状の正極(
3)とを隔離している。(5)は電解液であり、この電
解液(5)は正極活物質である塩化チオニル、塩化スル
フリル、塩化ホスホリルなどのオキシハロゲン化物が溶
媒として用いられており、このオキシハロゲン化物にL
iAlC1,などの支持電解質を溶解することによって
調製されたものである。
このように正極活物質のオキシハロゲン化物が電解液の
溶媒を兼ねている関係で、この電池では、他の電池とは
異なり、多量の電解液(5)が電池内に注入されている
。また、オキシハロゲン化物が正極活物質であることか
らもわかるように、前記正極(3)は、それ自身が反応
するものではなく、正極活物質のオキシハロゲン化物と
負極(1)からイオン化して溶出してきたリチウムイオ
ンとの反応場所となるものである。(6)はニッケル棒
からなる正極集電体で、(7)は電池蓋であり、この電
池M(7)はボディ(8)と絶縁層(9)と正極端子0
ωを有し、ボディ(8)はステンレス鋼で形成されてい
て、その立ち上がった外周部が前記電池ケース(2)の
開口端部と溶接により接合されている。絶縁層(9)は
ガラスでボディ(8)の内周側に形成されていて、この
絶縁層(9)はボディ(8)と正極端子0ωとを絶縁す
るとともに、外周面でその構成ガラスがボディ(8)の
内周面に融着し、内周面でその構成ガラスが正極端子Q
ωの外周面に融着して、ボディ(8)と正極端子0[D
との間をシールしている。正極端子0ωはステンレス鋼
製でその一部は電池組立時はパイプ状をしていて電解液
注入口として使用され、その上端部を電解液注入後にそ
の中空部内に挿入された正極集電体(6)の上部と溶接
して封止したものである。
01)は第2負極活物質であり、この第2負極活物質0
1)は前記電池ケース(2)の底部に配置されている。
ただし、この第1図に示す電池では、第2負極活物質0
1)の集電効率を高め、かつその位置ずれを防止するた
めに、第2負極活物質01)は、電池ケース(2)の底
部に溶接したステンレス鋼製のエキスバンドメタルから
なる集電体(+21に圧着することによって、電池ケー
ス(2)の底部に配置されている。
しかし、第2負極活物質(10は、電池ケース(2)の
底部にスポット溶接などで溶接することにより、集電体
aりを介さずに、直接電池ケース(2)の底部と接触す
る態様で電池ケース(2)の底部に配置することも可能
である。また、集電体面を用いる場合において、その集
電体02)としてはエキスバンドメタル以外にもパンチ
ングメタルや金網などを用いることができる。
底部隔離材0■は、セパレータ(4)と同様のガラス繊
維不織布からなり、正極(2)と第2負極活物質01)
を絶縁するが、イオン透過性であって、リチウムの放電
終了後、イオン化して電解液中に溶出した第2負橿活物
質イオンは、この底部隔離材側を透過して正極(3)に
達し、そこで正極活物質のオキシハロゲン化物と反応す
る。
04)は上部隔離材であり、この上部隔離材041もガ
ラス繊維不織布からなり、正極(3)と負極端子を兼ね
る電池蓋(7)のボディ(8)とが直接接触しないよう
にしている。
つぎに、第2図により、本発明の無機非水電解液電池の
他の構成例を説明する。
この第2図に示す電池では、電池ケース(2)の底部の
中央部に防爆用の薄肉部00が設けられている。
通常、この薄肉部aωは十字状に設けられるので、この
電池では、第2負極活物質00をリング状にし、薄肉部
09の破壊による電池の高圧下での破裂を防止する機能
、いわゆる防爆機能を妨げないようにしている。また、
この第2図に示す電池では、第2負極活物質01)の集
電効果を高め、かつ位置ずれを防止するために、電池ケ
ース(2)の底部にリング状のステンレス鋼製エキスバ
ンドメタルからなる集電体面を溶接し、第2負極活物’
101)をその集電体0りに圧着した態様で電池ケース
(2)の底部に配置している。
本発明の電池において、電池ケース(2)はを底筒状に
形成されたものを用いるが、この電池ケース(2)は、
横断面形状が円形の有底円筒状のものが一般的であり、
上記構成例や後記の実施例では有底円筒状の電池ケース
(2)を用いた場合を例示している。しかし、電池ケー
ス(2)はその場合のみに限られるものではなく、たと
えば横断面形状が角形の有底角筒状のものや、横断面形
状が円形や角形以外の形状の有底筒状のものであっても
よい。また、上記構成例や実施例に示すものでは、電池
ケース(2)として有底円筒状のものを用いている関係
で、負極(1)やセパレータ(4)は円筒状で、正極(
3)は円柱状をしているが、これらの形状は電池ケース
(2)の形状やその他の事情によって変わり得る。
〔実施例〕
つぎに実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
実施例I 正極活物質として塩化チオニルを用い、電解液にはこの
塩化チオニルにL i A I Cl 4を1.2 m
o1//!溶解させたものを用い、第2負極活物質とし
てカルシウムを用いて、リチウム−塩化チオニル系で第
1図に示す構造の2/3A形(E R17/33形)の
無機非水電解液電池を作製した。
負極活物質として使用されたリチウムは400tv:で
あり、このリチウムの理論電気量は約1 、545 m
Ahである。正極のアセチレンブラックは670■で、
電解液の注入量は3.Odであり、正極活物質の塩化チ
オニルの理論電気量は約1,980mAhである。第2
負極活物質として使用されたカルシウムは50■であり
、このカルシウムの理論電気量は約67mAhである。
そして、カルシウムの塩化チオニルに対する電位は約−
3,06Vであり、リチウムの塩化チオニルに対する電
位は約−3,68Vである。
この実施例1の電池を20°C2負荷10にΩで連続放
電させたときの放電特性は第3図に示す。
第3図に示すように、この実施例1の電池では、約3.
6Vでの平坦な放電に続いて、2.9v付近に二段目の
放電が認められる。この二段目の放電は、第2負極活物
質として用いたカルシウムに基づくものであり、この実
施例2の電池は、上記の二段放電によって電池の寿命が
終わる前に放電末期を検知することができ、適切な時期
での電池交換が可能である。
実施例2 実施例1におけるカルシウムに代えてナトリウムを第2
負極活物質として用いたほかは実施例1と同様にして、
リチウム−塩化チオニル系で第1図に示す構造の2/3
A形の無機非水電解液電池を作製した。
ナトリウムの使用量は5011gであり、このナトリウ
ムの塩化チオニルに対する電位は約−3,41Vである
この実施例2の電池を20℃、負荷10にΩで連続放電
させたときの放電特性を第4図に示す。
第4図に示すように、この実施例2の電池では、約3.
6Vでの平坦な放電に続いて、3.2V付近に一段目の
放電が認められる。この二段目の放電は、第2負極活物
質として用いたナトリウムに基づくものであり、この実
施例2の電池は、上記の二段放電によ、て電池の寿命が
終わる前に放電末期を検知することができ、適切な時期
での電池交換が可能である。
比較例1 正極活物質として塩化チオニルを用い、電解液にはこの
塩化チオニルにL i A I Cl <を1.2 m
o1/j!溶解させたものを用いて、リチウム−塩化チ
オニル系で第5図に示す構造の2/3A形の無機非水電
解液電池を作製した。リチウムの使用量、電解液の注入
量は実施例1の場合と同じであり、この比較例1の電池
は従来電池に相6当するもので、実施例1の電池におけ
るような第2負極活物質00および集電体0りを用いて
いない点が実施例1の電池と異なっているが、他の構成
は実施例1の電池と同じである。
この比較例1の電池を20°C1負荷10にΩで連続放
電させたときの放電特性を第6図に示す。
第6図に示すように、この比較例1の電池では、約3.
6■での平坦な放電後、電池電圧が急激に低下し、電池
の寿命が終わる。したがって、電池の寿命が終わる前に
放電末期を検知することができず、そのため、適切な時
期での電池交換がむつかしい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では、リチウム規制の無機
非水電解液電池において、電池ケースの底部にリチウム
より貴な電位で放電可能な第2負極活物質を配置するこ
とにより、電池の寿命が終わる前に放電末期を検知する
ことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の無機非水電解液電池の一例を示す断面
図であり、第2図は本発明の無機非水電解液電池の他の
例を示す断面図である。第3図は本発明の実施例1の電
池の放電特性を示す図であり、第4図は本発明の実施例
2の電池の放電特性を示す図である。第5図は従来の無
機非水電解液電池を示す断面図であり、第6図は比較例
1の電池の放電特性を示す図である。 (1)・・・負極、 (2)・・・電池ケース、 (3
)・・・正極、(4)・・・セパレータ、 (5)・・
・電解液、00・・・第2負極活物質、 a■・・・底
部隔離材特許出願人 日立マクセル株式会社 Φ争 る 図 δタミ  噌区  日−!−F、fl (h) 第 図 狡lt、時 聞 (h) 旅を時間 (h)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)リチウムを負極活物質とし、常温で液体のオキシ
    ハロゲン化物を正極活物質および電解液の溶媒とするリ
    チウム規制の無機非水電解液電池において、 負極(1)は、有底筒状の電池ケース(2)の内周面に
    圧着したリチウムからなり、 正極(3)は、炭素多孔質成形体からなり、上記負極(
    1)と正極(3)との間にはセパレータ(4)が配置さ
    れ、 上記電池ケース(2)の底部には、リチウムより貴な電
    位で放電可能な第2負極活物質(11)が配置され、 上記第2負極活物質(11)と正極(3)との間にイオ
    ン透過性の底部隔離材(13)が配置されていることを
    特徴とするリチウム規制の無機非水電解液電池。
JP25925490A 1990-09-27 1990-09-27 無機非水電解液電池 Expired - Lifetime JP2950961B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2667430A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-27 Electrochem Solutions, Inc. High temperature primary battery with improved safety

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2667430A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-27 Electrochem Solutions, Inc. High temperature primary battery with improved safety

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