JPH0628171B2 - 充電可能な電気化学装置とその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、移動用直流電源、バッフアップ用電源などに
用いる充電可能な電気化学装置に関するものである。

従来の技術 リチウムなどの軽金属を負極活物質に用いた有機電解質
電池は、正極にフッ化炭素あるいは二酸化マンガンなど
を用い、負極活物質にリチウム金属，電解液にホウフッ
化リチウム，過塩素酸リチウムなどのリチウム塩を溶解
させたプロピレンカーボネート，γ−ブチロラクトン，
１・２ジエトキシメタンなどの極性，非プロトン性溶媒
が用いられているが、この系は一次電池としてであり、
充電は現状のままでは不可能である。

一方、充電可能な電気化学装置として、正極に活性炭負
極にリチウム合金を用いた電池があり、その構成を第３
図に示す。

第３図において、１は電池ケース、２はケースと同じ材
料を打ち抜いた封口板、３はガスケット、４は活性炭か
らなる正極、５は正極集電体で、５′の部分でケース１
の内面に溶接されている。

この種の電気化学装置は、主に活性炭表面の電気二重層
における電荷チャージを利用するもので、従って電気二
重層を形成する活性炭の有効表面積や導電性、さらに
は、集電体及び活性炭の収納ケースとの接触抵抗などが
問題となる。従来、正極とケースとを電気的に接触させ
る方法として以下のようなものがあった。

(1)集電体を中心に正極合剤を成形し、合剤の一部を剥
離して集電体を露出させ、これをケースに溶接する。

(2)集電体の片面に合剤を充填し、合剤の一部を剥離さ
せて集電体とケースを接触させる。

(3)正極に活性炭素からなる不織布を用い、この正極の
芯材とケースを溶接する。

発明が解決しようとする問題点 上記(1)，(2)の方法は、正極とケースとの接触が、完全
で、放電特性も良好であるが、製造工程が煩雑となり、
結果的にコスト高となる。また、合剤の一部を剥離させ
るために容量が減少し、逆に剥離分だけ充填量を増すと
極板が厚くなり不利となる。

(3)の方法は、正極の製造は簡単であるが、不織布であ
るためケースとの溶接強度が十分でなく、封口した後に
溶接部が外れたり、放電特性のバラツキが大きくなる。
また、粉末状の活性炭を成形した正極と比較すると同体
積における容量は極めて少なくなる。(1)〜(3)における
方法の共通する問題点は、前述したように活性炭表面の
電気二重層における電荷チャージを利用するため、充・
放電サイクルにおいて安定した特性を得るには、できる
だけ正極と集電体との接触面積が大きいことが要求され
るが(1)〜(3)の方法は正極表面のみであり、十分でなか
った。本発明は上記のような従来の問題点を解消するも
のである。

問題点を解決するための手段 本発明はエキスパンデッドメタルを芯材に用いて正極の
シート成型を行ない、ペレット状に打ち抜いた正極と、
あらかじめ電池ケースに溶接された金属集電体に芯材の
ない正極の他面を密着させることによって、正極を上下
からサンドイッチ構造にはさんだものである。

作用 この構成によれば、正極と集電体との接触面積が広くか
つ電池ケースとの確実な接触が得られる。従って、前記
(1)，(2)のように合剤を剥離させる必要もなく同体積の
中で高容量が得られ、製造工程も簡単である。また、正
極全体に集電体があるため確実な集電効果もあり(3)と
比較して溶接強度も確実に大となる。

実施例 以下本発明の実施例を図を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の一つとして、高さ２mm，直
径２０mmの充電可能な有機電解質電池を示したものであ
る。第１図中４は、９のエキスパンドメタルを芯材とし
た正極で、表面積が1500cm²／ｇの活性炭粉末と導電材
であるカーボンブラックと結着剤である６−フッ化プロ
ピレンと４−フッ化エチレンとの共重合体を混合し芯材
を核としシート成形したもので、芯材の厚さは正極合剤
の厚みの約５０％まで達している。次にチタンのラスを
直径１４mmの大きさに打ち抜き、電池ケース１の内面中
央部にスポット溶接５′して正極集電体５を形成し、こ
の正極集電体上に前述の正極４を載置し、封口の際の加
圧により正極４と正極集電体５とを一体化し密着させ
た。７は負極でリチウムと鉛の合金を５０μの厚みのシ
ート状に圧延し、直径１４mmの大きさに打ち抜き、あら
かじめ封口板２の内面に溶接したニッケル金属ネットか
ら成る負極集電体８上に圧着した。３はガスケット、６
はポリプロピレン不織布からなるセパレータである。電
解液には、炭酸プロピレンと、１，２−ジメトキシエタ
ンとの等溶積混合溶媒にホウフッ化リチウムを１mol／
の割合で溶解したものを用いている。この電池は、総
高２mm，直径２０mm，容量１ｍＡ／Ｖの充電可能な電気
化学装置である。

第１図Ａは活性炭粉末を結着剤と混合した後、シート成
形し、その後ペレット状に打ち抜いた正極４を用いたも
のである。これを電池ケース１内にあらかじめ溶接され
た金属集電体５上に載置し、第２図Ｂのようにケース１
の封口の際の加圧力により正極４と集電体５とを一体化
し、エキスパンドメタルと集電体とによって正極をはさ
むサンドイッチ構造にしたものである。次に、前記従来
例の(1)〜(3)の方法で正極とケースとを電気的に接続し
たものをＡ・Ｂ・Ｃとし、本実施例によるものをＤとし
て、それぞれの電池を１ｍＡで１時間の充電・放電をく
り返し、１０００サイクル後の内部抵抗及び１ｍＡ放電
での３Ｖから1.5Ｖまでの放電容量を測定し、その結果
を表−１に平均値ｘとバラツキσで示した。

また、前記正極の打ち抜き後の表面積に対し、集電体表
面積の比率を変化させた結果を表−２に示す。

この結果より、集電体の表面積は、正極の表面積に対し
0.3以下になると集電効果をなくし、0.9以上になると、
正極より集電体が大きくなり、電池構成時にペレット端
部の合剤がくずれやすくなり内部短絡の原因となる。

以上の結果から明らかなように集電体と正極の表面積
は、正極１に対し、0.3〜0.9が最適であることがわか
る。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、活性炭をシート成型後
ペレット状に打ち抜き、ケース内面にあらかじめ溶接さ
れた金属集電体上に正極芯材のエキスパンドメタルとこ
のケース側集電体とによってサンドイッチ構造になるよ
う正極を載置し、ケース封口時の加圧力により正極と集
電体を密着一体化させた構成の本発明の電池は、正極と
集電体及びケースとの間の接触が充分に図れて、内部抵
抗が小さく、充・放電性能保存性能が良好である。しか
も製造工程も簡素化でき、量産性を高めることができ、
工業的にも価値のある製造法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における充電可能な有機電解質
電池の縦断面図である。第２図Ａ，Ｂは本発明の電池の
構成過程を示す図、第３図は従来の製造法による充電可
能な有機電解質電池の断面図てある。 １……正極ケース、２……封口板、３……ガスケット、
４……正極、５……正極集電体、５，５′……スポット
溶接部、６……セパレータ、７……負荷、８……負極集
電体、９……正極芯材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 林 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 加納 祐二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−17857（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−121553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96678（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−174820（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−32865（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性炭を主とした正極と、リチウムを活物
   質とするリチウム合金負極と、有機電解質からなる充電
   可能な電気化学装置であって、前記正極は活性炭と結着
   剤の混合物をシート状に成形して打ち抜いたペレット状
   であり、その片面にはエキスパンデットメタルの芯材を
   密着させ、他面には電池ケースの内面に溶接された金属
   集電体を密着させたことを特徴とする充電可能な電気化
   学装置。
2. 【請求項２】電池ケース内面の集電体と打ち抜いた正極
   の面積比率が、正極を１とした場合、集電体の面積が
   ０．３〜０．９である特許請求の範囲第１項記載の充電
   可能な電気化学装置。
3. 【請求項３】活性炭を主とした正極と、リチウムを活物
   質とするリチウム合金負極と、有機電解質からなる充電
   可能な電気化学装置の製造法であって、前記正極は活性
   炭と接着剤の混合物をエキスパンデッドメタルを芯材に
   用いてシート成型を行ない、ペレット状に打ち抜いた
   後、電池ケースの内面にあらかじめ溶接された金属集電
   体にペレット状正極の芯材のない他面が相対するように
   載置し、正極ケースのかしめ封口時の加圧によって金属
   集電体をペレット状正極の他面に埋没させることを特徴
   とした充電可能な電気化学装置の製造法。