JPH0521086A - 電極及びこれを用いた電池 - Google Patents

電極及びこれを用いた電池

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JPH0521086A
JPH0521086A JP3171423A JP17142391A JPH0521086A JP H0521086 A JPH0521086 A JP H0521086A JP 3171423 A JP3171423 A JP 3171423A JP 17142391 A JP17142391 A JP 17142391A JP H0521086 A JPH0521086 A JP H0521086A
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JP
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battery
positive
plate
separator
negative electrode
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JP3171423A
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Tetsumasa Umemoto
哲正 梅本
Tetsuya Yoneda
哲也 米田
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Sharp Corp
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】薄形電池、角形電池、積層電池、平板形電池及
び円筒形電池等に於て、セパレーターを介在させた正、
負極板の密着性の向上及び位置ずれを防止して、電池、
電極の充放電特性を向上させうる新しい電極配置構成を
開示する。 【構成】セパレーター62を介するかもしくは袋状のセ
パレーター62で包まれた負極板63と正極板61から
なる電池において、2枚以上の同一電極板からなり、こ
れらの正極板61及び負極板63が織物状に交互に織り
込まれた構造を有し、一層、多層又は積層構造をしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄形電池、角形電池、
積層電池、平板形電池及び円筒形電池等に於て、電極配
置構成に関するものであり、特にセパレーターを介在さ
せた正、負極板の密着性の向上及び位置ずれの防止から
電池、電極の充放電特性の向上に寄与するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電池は基本的に正、負極板がセパ
レーターを挟んで対向し、これが電解液に浸っているか
或いはセパレーターが電解液を含んでおり、同一の正、
負極板が異極板を交互にクロスすることはなかった。例
えば薄形電池では各々集電板を兼ねる正極及び負極端子
板の間に、セパレーターを介しての一対の正、負極板
(電池発電要素)を収納し、両端子板の周辺部を枠状の
絶縁封口体で密封する方法(図1)や、積層電池では
正、負極板を交互に積み重ねて、正、負各極板からまと
めて集電端子をとる方法(図2)、円筒形電池ではセパ
レーターを挟んで対向する一対の正、負極板をその巻き
込み内側にもう一層セパレーターを介在させて巻き込む
方式であった(図3)。ここで図1、2、3の符号は1
は正極板、2はセパレーター、3は負極板、4は正極端
子外板、5は負極端子外板、6は封口絶縁膜、11は正
極板、12はセパレーター、13は負極板、17は正極端子
板、18は負極端子板、21は正極板、22はセパレーター、
23は負極板である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電極活物質の容量を最
大限に引き出し一次電池としては充分な放電容量を、二
次電池としては充分な充放電特性とサイクル特性を発揮
させるためには、電極の電解液とのなじみとセパレータ
ーを介しての正、負極の密着性が重要である。従来技術
の一対の正、負極板がセパレーターを挟んで対向する方
式をとる薄形電池などでは、製造時は正、負極板がセパ
レーターを挟んで良好に密着していても曲げ応力等がか
かった場合には、両極板に歪みがでてきて図4に示すよ
うにしだいに密着性が悪くなることが起こる。ここで図
4の符号は31は正極板32はセパレーター、33は負極板で
ある。又、リチウム薄形電池では有機電解液を使用する
ため、封口に熱融着方式やパルスヒート方式或いはレー
ザー溶接封口方式を採用した場合、有機電解液の一部が
ガス化して電池系内に残り、曲げ応力がかかったときと
同様にセパレーターを介した正、負極板の密着性が悪く
なることが起こる。図4に示したスパイラルに巻き込ん
でゆく方式を採用する円筒形電池では巻き込みの中心ほ
どその曲率半径が小さくなり、より大きな歪みがかかる
ため正、負極板にかかる歪みは一定ではなく、密着性も
一定ではなかった。セパレーターに電解液を含浸保持さ
せる完全密閉式電池系においては、セパレーターを挟ん
だ正、負極板の密着正が悪いと電池の内部抵抗が大きく
なって、電池容量やサイクル特性の低下をきたす。又、
密着性が不均一な場合、強く密着しているところに大電
流が流れ易く、電池系内の不均一な反応から容量低下や
ショートを引き起こす原因にもなっている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、セパレータ
ーを介し、又は包まれた正、負極板からなる電池におい
て、2枚以上の同一電極板からなり、これらの正極及び
負極板が織物状に織り込まれた構造を有していることを
特徴とする電極についてであり、さらにその構成の電極
を各層とし、正、負極が交互に重なるように構成した一
層、多層又は積層構造をしている電極についてである。
具体的な電池としては、このようにして作成された電極
を一部又は全部に有する薄形電池、角形電池、積層電
池、平板電池及びスパイラルに巻くことによって構成さ
れる円筒形電池についてである。
【0005】本発明は上述したように従来技術の課題を
解決するため、セパレーターを介した、或いは袋状のセ
パレーターで包まれた正、負極板から電池において少な
くとも2枚以上の同一電極板から成り、これらの正極板
及び負極板が織物状に交互に織り込まれた構造を有する
ことを特徴とする電極である。ここで、正、負極板はあ
らゆる電池系に応用が可能で、ニッカド電池系、密閉型
鉛電池系、ニッケル水素二次電池系、マンガン水素二次
電池系、リチウム一次及びリチウム二次電池系等に適応
できる。又、セパレーター、例えばポリエチレンやポリ
プロピレン等のオレフィン系樹脂の不織布やこれらを親
水処理したもの、或いはこれらの材質でマイクロポーラ
スで保液力のあるもの、及びその複合体、セルロース系
不織布、ナイロン系不織布等が挙げられ、それぞれの電
池系に最適のものを選択することができる。
【0006】本発明の作用を図5及び図6に用いて説明
する。各図では41,51は正極板、42,52はセパレータ
ー、43,53は負極板を示すが、負極板43,53はセパレー
ター42,52の袋に入っていて異極の直接接触はなく、シ
ョートすることはない。セパレーター42,52の袋に入っ
ている負極板43,53と正極板41,51は交互に織り込まれ
た構造になっており、その末端で正極板集電端子47及び
負極板集電端子48,58につながっている。これらの材質
も各電池系に合わせて選択でき、電解液に腐食されない
ニッケル、チタン、ステンレス等の材質が考えられる。
この電極配置構成で電解液中に沈めて使用することも可
能であるが、工業的な実用化及び密閉化の見地から、セ
パレーター42,52が電解液を含浸することが望ましく、
そのため前述したような材質を各電池系にあわせて選択
する。又、積層化する際は異なった層の正、負極板どう
しが重なるように積層することにより、一つの極板の表
裏とも正又は負の極板が対向して積層されてゆくため、
電流効率を損なう事がない。又、図7に示すように交互
に折り返して行けば、一層の正、負極織り込み配置シー
トで積層することができる。ここで図7の符号61は正極
板、62はセパレーター、63は負極板、67は正極端子、68
は負極端子である。この作用によりこの正、負極織り込
み配置シートに曲げ応力等の機械的歪みがかかっても応
力を分散させながら、セパレーターを介した正、負極の
良好な密着を保つことができる。又、正、負極織り込み
配置シートをスパイラルに巻いてゆく際には応力を分散
させて、セパレーターを介した正、負極の良好な密着を
保ったまま電極の位置ずれを防ぎつつタイトに巻くこと
が可能となる。よって、外部曲げ応力がかかっても電池
の内部抵抗を低く保ことができる。
【0007】このようにセパレーターで、負極を保護す
ることによる効果は、電池の使用時劣化がイオン出入に
よる電気化学的なものより、電極欠落によるものの方が
多いからである。前述の曲げ応力や機械的歪みによる電
極欠落にほかに、二次電池においてはイオン出入によっ
て電極欠落がおきたり、デンドライトによってショート
したりする。この発明のようにセパレーターによって各
電源が分離されていると、このような現象も発生しにく
くなる。
【0008】このように使用時には多大の効果を発揮す
るのであるが、初期における電池内部抵抗、体積あたり
エネルギー密度も従来品比、大差ない結果となった。次
表に薄形電池における比較結果を示すが、良好な性能を
発揮している。
【表1】 この理由は電極、電解液など電池性能に有効に働く活物
質の量に比べ、セパレーターの占める割合が非常に小さ
いためであると考えられる。
【0009】
【実施例】
(実施例)以下、本発明を非水電解液リチウム二次電池
に適用した例について図面にもとづいて説明する。尚、
本発明は、この実施例のみに限定されない。図8におい
て、71は正極板、72はセパレーター、73は負極板、74は
ステンレス鋼(SUS 304,厚さ0.05mm)よりなる正極端子
外板、75は同じくステンレス鋼からなる負極端子外板で
ある。76Aは封口絶縁膜、76Bは封口絶縁膜、77は正極
端子板、78は負極端子板である。正極端子外板74及び負
極端子外板75の所定の周縁部には、熱プレスによりマレ
イン酸変成ポリエチレン樹脂製の絶縁膜76A,76Bを付
着しておく。まず、ステンレス製金網に担持されたクロ
ム酸化物を主成分とする電池正極合剤からなる正極板71
を2枚それぞれポリプロピレン製マイクロポラース樹脂
シート(厚さ0.05mm)からなる袋状のセパレーター72に
挿入し、このセパレーターに過塩素酸リチウムを1モル
/l含むプロピレンカーボネイトの電解液を含浸させ
て、この2枚の正極板を正極端子板77でつなぐ。同様に
リチウムを可逆的に充放電する炭素により被覆されたニ
ッケル多孔質基板よりなる負極板73を2枚袋状のセパレ
ーターに挿入し、負極端子板78でつないで、セパレータ
ーに電解液を含浸させる。これら図8に示すように互い
違いに重ね合わせ、正極端子板77を正極端子外板74に、
負極端子78を負極端子板75にスポット溶接してこれらを
載置し、全面を押しつけながら予め正極端子外板74及び
負極端子外板75の周縁部に絶縁膜が付着してある枠部を
パルスヒート装置により 180℃まで加熱して、このマレ
イン酸変性ポリエチレン塗膜を溶融し、冷却固化するこ
とによって絶縁封口体を形成し、正極端子外板74と負極
端子外板75を一体化して完成電池とした。電池の正極、
セパレーター、負極の密着性の評価には曲げ試験を実施
し、曲げ試験後の電池の内部抵抗の増加と放電容量の増
加を指標とした。曲げ試験は、図10上部に示すような
カード用曲げ試験機を用いて行った。ここで図10の符
号は、90は曲げ試験用カード、91は曲げ試験機試験用カ
ード載置台、92はPVC板、93は試験電池、94はステン
レス板、99は曲げ試験機90Rヘッドである。幅75mmの台
91の上にカード90を置き、90Rのヘッド99をモーターに
より上下させてカードに押しあて、繰り返しの曲げ試験
を行なうものである。ヘッドの押しあて頻度は 100回/
分である。図10に示す様に、試験電池93をPVC板
(0.58mm)92とステンレス板(SUS 304,0.1mm )94の間
に両面接着テープに貼り付けしてセットした。曲げ試験
は20000 回行った。表1及び図11、図12に内部抵抗
及び放電容量の測定結果を示す。後述する比較例と比べ
て諸性能が優れていることは、本発明による実施例が正
極、セパレーター、負極の密着性と耐曲げ応力に優れた
電極配置構成であることが確認された。
【0010】(比較例)次に比較例を示すが図9の符号
は、81は正極板、82はセパレーター、83は負極板、84は
正極端子外板、85は負極端子外板、86Aは封口絶縁膜、
86Bは封口絶縁膜である。実施例に於いて正極、セパレ
ーター、負極の配置を交互に重ね合わせた構造とせず、
図9に示すように単に負極、セパレーター、正極の順で
重ね合わせた積層構造とし、セパレーター厚が0.10mmで
ある他は実施例と全く同じ材質で、同じ封口方法の電池
を作製し、実施例と同じ曲げ試験及び内部抵抗と放電容
量の測定を行った。曲げ試験後は正極、セパレーター、
負極の密着性が不十分となり、内部抵抗は大きくなり放
電容量は低下した。表1及び図11図、図12に内部抵
抗及び放電容量の測定結果を示す。
【表2】
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、例えば薄形電池に於い
て、正極、セパレーター、負極の密着性を向上させ、曲
げ応力に対する電池内部構造のフレキシビリティを向上
させることができ、電池の内部抵抗を低くすることがで
きることにより、良好な放電容量が保て、曲げ応力に強
い電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】薄形電池の断面図である。
【図2】積層電池の電極積層の概念図である。
【図3】電池発電要素をスパイラルに巻き込む概念図で
ある。
【図4】曲げ応力による電池発電要素の密着不良の概念
図である。
【図5】本発明の電極配置構成の基本概念図である。
【図6】本発明の電極配置構成シートの積層概念図であ
る。
【図7】本発明の電極配置構成シートの折り返しによる
積層図である。
【図8】実施例の薄形電池の斜め構造模式図である。
【図9】比較例の薄形電池の斜め構造模式図である。
【図10】曲げ試験機のヘッドと試験様カード及びその
載置台の断面模式図(a)と曲げ試験用カードの斜め構
成説明図である。(b)
【図11】曲げ試験前の実施例と比較例の放電容量曲線
である。
【図12】曲げ試験後の実施例と比較例の放電容量曲線
である。
【符号の説明】
1 正極板 2 セパレーター 3 負極板 4 正極端子外板 5 負極端子外板 6 封口絶縁膜 11 正極板 12 セパレーター 13 負極板 17 正極端子板 18 負極端子板 21 正極板 22 セパレーター 23 負極板 31 正極板 32 セパレーター 33 負極板 41 正極板 42 セパレーター 43 負極板 47 正極端子板 48 負極端子板 51 正極板 52 セパレーター 53 負極板 58 負極端子板 61 正極板 62 セパレーター 63 負極板 67 正極端子板 68 負極端子板 71 正極板 72 セパレーター 73 負極板 74 正極端子外板 75 負極端子外板 76A 封口絶縁膜 76B 封口絶縁膜 77 正極端子板 78 負極端子板 81 正極板 82 セパレーター 83 負極板 84 正極端子外板 85 負極端子外板 86A 封口絶縁膜 86B 封口絶縁膜 90 曲げ試験用カード 91 曲げ試験機試験用カード載置台 92 PVC板 93 試験電池 94 ステンレス板 99 曲げ試験機90Rヘッド
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 10/40 Z 8939−4K

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレーターを介するかもしくはセパレ
    ーターで包まれた正、負極板からなる電池において、2
    枚以上の同一電極板からなり、これらの正極及び負極板
    が織物状に交互に織り込まれた構造を有し、一層、多層
    又は積層構造をしている電極。
  2. 【請求項2】 請求項1項構成の電極を一部又は全部に
    有する薄形電池、角形電池、積層電池、平板形電池及び
    スパイラルに巻くことによって構成される円筒形電池。
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