JPH0473264B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電気化学的セルに関する。詳しくいう
と、本発明は巻回形電極構造体を有する電気化学
的セルに関する。

発明の背景および従来技術 より一般的な固体の正極と対照的である可溶性
または液体状正極物質を使用する特に有効な種類
の１次電気化学的セルは近年、急速に発展してい
る。これらセルにおいては活性正極物質は通常、
導電性を提供する電解質溶質に対する流動溶媒で
ある。セルの活性負極は通常、リチウムあるいは
他の非常に陽性の金属である。放電中、溶媒は正
極集電体で電気化学的に還元される。

従来形式の円筒状形態の電気化学的セルにおい
ては、広く使用されている電極構造体の一形式は
「ゼリーロール」形式と呼ばれる電極組立体であ
り、これは例えば米国特許第3510353号および第
4020248号に記載されている。この形式の電極構
造体では負極電極および正極集電体電極は交互す
る負極電極および正極集電体電極が介在する絶縁
物質によつて分離されたコイル状に巻回されてい
る細長い構造体である。このように形成された円
筒状電池スタツクはハウジングの円筒状ケース内
に置かれ、適当な電気接続がこれら電極と外部端
子との間に行なわれる。

発明が解決しようとする問題点 上述のゼリーロール形式電池スタツク構成を有
するセルは特に高い放電状態のもとで動作される
ときにある問題を提起する。すなわち、各電極の
異なる部分から外部端子へ流れる電流の経路が変
化する。それ故、内部温度および内部抵抗が電池
スタツク中で均一でなくなる欠点がある。また、
電極構造体を巻回し、この電池スタツクをセルハ
ウジングの円筒状ケース内に組み込む作業がむず
かしい。

問題点を解決するための手段 本発明によれば上記欠点を除去した巻回形電極
構造体を有する改良された電気化学的セルが提供
される。この本発明による電気化学的セルはハウ
ジングおよび該ハウジング内の電池スタツクを含
む。この電池スタツクは接触表面を有する導電性
物質の第２の接触部材および接触表面を有する導
電性物質の第２の接触部材を含む。これら第１お
よび第２の接触部材間に支持部材が延在してお
り、これら接触部材が互いに固定された関係にそ
して互いに電気的に絶縁された状態に支持する。
上記電池スタツクはまた、上記支持部材のまわり
に巻回されかつ互いに電気的に絶縁される第１お
よび第２の電極構造体を含む。第１の電極構造体
は上記第１の接触部材の接触表面と物理的におよ
び電気的に接触しておりかつ上記第２の接触部材
から電気的に絶縁されている。第２の電極構造体
は上記第２の接触部材の接触表面と物理的および
電気的に接触しておりかつ上記第１の接触部材か
ら電気的に絶縁されている。電気化学的セルはま
た、ハウジング内に上記第１および第２の電極構
造体と接触状態にある電解質（電解液）を含む。
第１および第２の端子手段が上記第１および第２
の接触部材にそれぞれ接続されている。かかる第
１の端子手段は上記第１の電極構造体と電気的に
接続されそして上記第２の電極構造体から電気的
に絶縁されるよう配置されておりそして上記第２
の端子手段は上記第２の電極構造体と電気的に接
続されそして上記第１の電極構造体から電気的に
絶縁されるよう配置されている。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実
施例について詳細に説明する。

第１図は本発明による電気化学的セルを例示す
るものである。このセルは一端部が底壁１１によ
つて閉塞された中空の円筒状金属ケース１０より
なるハウジングを含む。このケース１０の他端部
はこのケース１０に封止された金属カバー１２に
よつて閉塞されている。金属端子１３がカバー１
２の中心にある気密絶縁封止部材１４を通じて封
止されている。

ケース１０は第２図に示す電池スタツク２０を
含む電気化学系を含む。本発明によれば、電池ス
タツク２０はスプール２１に巻回された電極の組
立体を含む。このスプール２１は金属の上部フラ
ンジ２２および下部フランジ２３を有する。電気
化学系の成分に対して不活性である例えばフルオ
ロカーボン材のような適当な絶縁物質よりなる中
心の支持部材２５がフランジ２２および２３を離
間された関係に支持する。これらフランジ２２お
よび２３は円筒状の支持部材の端部に挿入された
フランジ２２および２３のハブ２６および２７を
介して支持部材２５に支持されている。フランジ
２２および２３はそれらの対向する内表面２８お
よび２９が互いに平行なかつ支持部材２５と直角
な接触表面を形成する接触部材として働く。

第１の電極構造体３１、特定すると正極集電体
電極構造体および第２の電極構造体３２、特定す
ると負極電極構造体よりなる電極組立体は中心支
持部材２５のまわりに介在する絶縁物質３３とと
もに巻回される。この絶縁物質３３はこれら電極
構造体を分離し、それらを互いに物理的に分離さ
れ、電気的に絶縁された状態に維持する。第２図
の斜視図において理解できるように、正極集電体
電極構造体３１は電気化学系の成分に対して不活
性である薄い固体の金属、例えばニツケル、の基
板３５（第２図に最良に示されている）を含む。
基板３５は一端縁３７、すなわち図面に示すよう
に下側端縁、に沿つて離間された弾性金属素子ま
たはタブ３６を有する細長い部材である。これら
タブ３６は後述する目的のために僅かに湾曲して
いることが好ましい。絶縁体３９が基板３５の反
対端縁３８に沿つて離間されている。金属基板３
５の両側に、電気化学系の液体正極物質を還元す
るための適当な触媒物質の付着性多孔質層４０が
ある。例えば多孔質カーボンブラツクのような
種々の触媒物質が知られている。

負極電極構造体３２は一端縁４３、すなわち図
面に示すように上側の端縁、に沿つて接触タブ４
２を有する、正極集電体基板と同様の基板４１を
含む。この基板４１の他方の端縁４４はこの端縁
に沿つて位置付けされた絶縁物質のスペーサ４５
を有する。金属基板４１の両側は適当な酸化可能
な（被酸化性）活性負極物質、例えばリチウム金
属の付着性層４６でおおわれている。

上記電極組立体は第２図に例示されているよう
にスプール２１の中心支持部材２５のまわりに巻
回されている。正極集電体電極構造体３１の偏向
し得る接触素子またはタブ３６は触媒物質を越え
て延在し、スプール２１の下部フランジ２３の上
部（内側）表面３９と物理的にかつ電気的に接触
する。正極集電体電極構造体３１の上側端縁３８
は絶縁スペーサ２９によつて上部フランジ２２と
接触しないように絶縁されている。負極電極構造
体３２の基板４１の偏向し得る接触タブ４２は上
部フランジ２２の下部（内側）表面２８と物理的
にかつ電気的に接触する。基板４１の下側端縁４
４に沿う絶縁スペーサ４５は負極電極構造体３２
が下部フランジ２３と接触することを阻止する。
接触タブ３６および４２の湾曲した形状は巻回
中、スプールの中心へ向う電極構造体の移動を容
易にする。これら湾曲した弾性接触タブ３６およ
び４２はそれぞれの接触表面２９および２８に対
接し、これら表面と良好な物理的、かつ電気的接
触をなし、それぞれの絶縁スペーサ３９および４
５を対向する接触表面に対接させる。

図面から理解できるように、巻回された構造体
は多孔質の絶縁物質層３３によつて分離された負
極電極構造体３２と正極集電体電極構造体３１の
交互層を含む。リチウムが使用される電気化学系
の場合には、電極組立体の支持部材のまわりの第
１の層および外側層は両方とも正極集電体電極構
造体３１となる。

スプール２１に巻回された電極組立体の電池ス
タツク２０はハウジングのケース１０内に、下部
フランジ２３がケース１０と接触した状態に置か
れ、ケース１０はセルの１つの外部端子となる。
良好な電気接触を確保するために下部フランジ２
３をケース１０の底壁１１に溶接してもよい。上
部フランジ２２がケース１０と接触して短絡する
ことを防止するために絶縁スペーサ４９が使用さ
れ、この絶縁スペーサ４９はまた、電池スタツク
をケース内の適所に保持するようにも働く。上部
フランジ２２とカバー１２の中心にある金属端子
１３間の電気結線５０によりセルの負極電極構造
体３２に対する外部接続が行なわれる。封止する
前に、適当な電解液、特定すると、還元し得る液
体正極物質の溶媒を含む溶液がセルに充填され
る。例示すうように、スプール２１の支持部材２
５は電池スタツク中に電解液が容易に通るように
開口５１を含んでいてもよい。

実施例 本発明による電気化学的セルの特定の一実施例
では、フランジ２２および２３は直径が約2.794
cm（1.10インチ）であり、支持部材２５の直径は
約0.635cm（0.25インチ）であつた。スプール２
１の高さは約2.794cm（1.10インチ）であつた。
電極構造体３１および３２の基板３５および４１
は約0.005cm（0.002インチ）の厚さのニツケルで
あつた。負極電極構造体基板４１の両側のリチウ
ム負極物質４６は約0.0127cm（0.005インチ）な
いし約0.0254cm（0.010インチ）の厚さであり、
また正極集電体電極構造体の基板３５の両側の多
孔質カーボン触媒物質４０は約0.0254cm（0.010
インチ）ないし約0.0508cm（0.020インチ）の厚
さであつた。絶縁物質３３は厚さ約0.0127cm
（0.005インチ）ないし約0.0254cm（0.010インチ）
のガラスフアイバーの多孔質シートであつた。

ここに記載した電気化学的セルに使用できる、
リチウム以外の酸化し得る物質として他のアルカ
リ金属やアルカリ土類金属がある。電解液は還元
し得る液体の正極物質の溶媒を含む。有用である
と分つた正極物質は流動性オキシハロゲン化物、
流動性非金属酸化物、流動性非金属ハロゲン化
物、およびそれらの混合物である。電解液溶質が
その導電率を高めるために溶媒中に溶解してい
る。特定すると、溶媒は塩化チオニルでよく、溶
質はテトラクロロアルミニウム酸リチウムでよ
い。

発明の効果 上述の電気化学的セルは、関連する導電性フラ
ンジに対接する基板の接触タブが基板の長さに沿
つて分布しているので、各電極構造体の全長さに
わたつて均一な熱の放散が可能となる。従つて、
内部温度が電池スタツクのどの部分でもほぼ均一
になり特性が向上する。また、電流の流れに対し
て短かい均一な導電経路を提供するので内部抵抗
による損失が電池スタツク中どの場所でも同じに
なり、特性が向上する。また、正極集電体から活
性負極物質に至る距離が電池スタツクのどこでも
同じになる。また、スプールの中心支持部材およ
び２つのフランジは頂部および底部の両方におい
て電極組立体に対する支持体となり、さらに中心
支持部材による電極組立体の支持はセルの全放電
寿命中、電極組立体に均一な圧縮力を与えるか
ら、電極組立体は常に均一な圧力で強力に支持さ
れ、特性が向上する等の多くのすぐれた利点があ
る。

現在本発明の好ましい実施例であるとみなされ
るものを図示し、記載したけれど、特許請求の範
囲によつて定義された本発明から逸脱することな
しに、種々の変形および変更が上記実施例につい
てなし得ることはこの分野の技術者には明らかで
あろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気化学的セルを例示す
る概略断面図、第２図は第１図の電気化学的セル
の電池スタツクのうち特に支持部材に一部分が巻
回された電極構造体を例示する斜視図である。 １０：円筒状金属ケース、１２：金属カバー、
１３：金属端子、１４：気密絶縁封止部材、２
０：電池スタツク、２１：スプール、２２：上部
フランジ（接触部材）、２３：下部フランジ（接
触部材）、２５：支持部材、３１：正極集電体電
極構造体（第１の電極構造体）、３２：負極電極
構造体（第２の電極構造体）、３３：絶縁物質、
３５：金属基板、３６：接触タブ（弾性金属素
子）、３９：絶縁体、４０：多孔質触媒物質層、
４１：金属基板、４２：接触タブ、４５：絶縁物
質のスペーサ、４６：活性負極物質の付着性層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと、 接触表面を有する導電性物質の第１の接触部
   材、 接触表面を有する導電性物質の第２の接触部
   材、 該第１および第２の接触部材間に延在し、これ
   ら接触部材が互いに固定された関係にそして互い
   に電気的に絶縁された状態に支持する支持部材、 第１の電極構造体、および 第２の電極構造体を具備した前記ハウジング内
   の電池スタツクにして、 該第１および第２の電極構造体が前記支持部材
   のまわりに巻回されそして互いに電気的に絶縁さ
   れておりかつ交互層を形成するよう配置されてお
   り、 前記第１の電極構造体が前記第１の接触部材の
   前記接触表面と物理的におよび電気的に接触して
   おり、かつ前記第２の接触部材から電気的に絶縁
   されており、前記第２の電極構造体が前記第２の
   接触部材の前記接触表面と物理的におよび電気的
   に接触しており、かつ前記第１の接触部材から電
   気的に絶縁されている当該電池スタツクと、 前記ハウジング内にあり、前記第１および第２
   の電極構造体と接触状態にある電解質と、 前記第１および第２の接触部材にそれぞれ接続
   された第１および第２の端子手段にして、 当該第１の端子手段は前記第１の電極構造体と
   電気的に接続されそして前記第２の電極構造体か
   ら電気的に絶縁されるよう配置されておりそして 前記第２の端子手段は前記第２の電極構造体と
   電気的に接続されそして前記第１の電極構造体か
   ら電気的に絶縁されるよう配置されている前記第
   １および第２の端子手段と を具備することを特徴とする電気化学的セル。 ２ 前記第１および第２の接触部材の前記接触表
   面が互いに平行であり、前記支持部材が前記第１
   および第２の接触部材の前記接触表面に対して直
   角に延在している特許請求の範囲第１項記載の電
   気化学的セル。 ３ 前記第１の電極構造体が細長く、かつ長手方
   向に延びる一端縁に弾性を有する偏向可能な接触
   素子を有し、 前記第２の電極構造体が細長く、かつ長手方向
   に延びる一端縁に弾性を有する偏向可能な接触素
   子を有し、 前記第１の電極構造体の前記一端縁に沿う前記
   弾性を有する偏向可能な接触素子が前記第１の接
   触部材の前記接触表面に対接してこの接触表面と
   物理的におよび電気的に接触し、 前記第２の電極構造体の前記一端縁に沿う前記
   弾性を有する偏向可能な接触素子が前記第２の接
   触部材の前記接触表面と対接してこの接触表面と
   物理的におよび電気的に接触する特許請求の範囲
   第２項記載の電気化学的セル。 ４ 前記第１の電極構造体が導電性物質の細長い
   基板を含み、該基板がこの基板の両側に第１の電
   極物質を支持しかつ長手方向に延びる一端縁に弾
   性を有する偏向可能な接触素子を有し、 前記第１および第２の電極構造体がこれら電極
   構造体間に多孔質絶縁物質を介して前記支持部材
   のまわりに巻回され、該多孔質絶縁物質によつて
   分離された交互層を形成し、 前記第１の電極構造体の基板の前記一端縁に沿
   う前記弾性を有する偏向可能な接触素子が前記第
   １の接触部材の前記接触表面に対接してこの接触
   表面と物理的におよび電気的に接触し、 前記第２の電極構造体の基板の前記一端縁に沿
   う前記弾性を有する偏向可能な接触素子が前記第
   ２の接触部材の前記接触表面と対接してこの接触
   表面と物理的におよび電気的に接触する特許請求
   の範囲第３項記載の電気化学的セル。